La décarbonation ou comment réduire son empreinte carbone

La décarbonation de l’industrie offre aux industriels l’opportunité d’améliorer leurs performances, mais surtout d’atteindre la neutralité CO2.

Le but est simple. Contribuer aux profits des entreprises en économisant de l’énergie ou en maîtrisant mieux la dépendance aux énergies fossiles pour l’économie et l’environnement d’aujourd’hui.

Voyons ensemble comment élaborer un plan d’action pour améliorer l’efficacité énergétique.

Décarbonation ou décarbonisation définition :

La décarbonation (ou décarbonisation) désigne l’ensemble des mesures et techniques mises en place en vue de limiter l’empreinte carbone. En anglais, deux termes existent : decarbonation et decarbonization et donc nous les retrouvons également en français : décarbonation et décarbonisation. Le Petit Larousse suggère lui le terme décarbonatation. Il paraît pourtant plutôt renvoyer à l’“élimination des carbonates acides de calcium et de magnésium par addition de chaux”. Entre l’usage de décarbonation et décarbonisation, l’Académie française n’a à ce jour pas tranché, contrairement au Journal Officiel en 2019 : l’usage de décarbonation est de règle.

Sous le mot décarbonation, on retrouve toutes les mesures par lesquelles les acteurs (pays, entreprises, secteurs d’activité ou économie) peuvent réduire leur empreinte carbone, c’est-à-dire les émissions de gaz à effet de serre, (principalement de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4) afin de limiter leur impact climatique.

La décarbonation s’effectue principalement en remplaçant les hydrocarbures par des sources d’énergie « propres » qui ne sont pas associées aux émissions de gaz à effet de serre. Par conséquent, sont privilégiées les sources d’énergie renouvelables (solaire, éolien, géothermie, biomasse, etc.) ou les sources d’énergie non carbonées (nucléaire).

Différentes solutions existent afin de décarboner l’Industrie que nous allons voir ensemble.

L’hydrogène permet la décarbonation de l’Industrie

Pour atteindre le rythme et l’ampleur des réductions d’émissions prévues dans le cadre du scénario Net Zero Emission by 2050, il faudrait un ensemble d’actions de grande envergure allant au-delà des mesures déjà ambitieuses du scénario SDS (scénario de développement durable).

Dans tous les secteurs d`activité, devraient être mises en œuvre une combinaison d`actions de décarbonation et d`efficacité énergétique. Ainsi, l’électrification du processus de fabrication et l’utilisation d’hydrogène bas carbone sont là où les investissements doivent être accrus.

Pour lancer des solutions dans les métropoles françaises d’ici 2030-2040 et assurer la participation au développement du secteur concurrentiel, il devient indispensable de passer par l’amélioration des technologies d’électrolyse et de stockage et le développement des usages notamment pour la mobilité.

Dans l’industrie d’aujourd’hui, l’hydrogène est principalement utilisé à des fins non énergétiques en tant que « matériau » entrant dans les processus technologiques, bien qu’il existe une utilisation énergétique pour la production de chaleur ou, dans une certaine mesure, d’électricité.

Si tout l’acier produit en France utilisait actuellement de l’hydrogène vert, la consommation d’électricité pour réduire la production de minerai de fer serait d’environ 35 TWh par an, soit environ 7% de la consommation électrique actuelle de la France.

Ainsi, dans le cadre de la décarbonation, l’hydrogène vert ne peut pas être la seule solution pour remplacer l’hydrogène gris dans la sidérurgie ou la chimie, sauf pour des investissements importants dans les installations de production d’électricité.

D’ici 2035, des moyens doivent être mis en place pour préparer le développement et la mise en œuvre de technologies qui convertissent l’électricité issue de sources renouvelables en gaz.

• L’hydrogène au niveau Européen :

L’Union européenne a élaboré une vision ambitieuse pour l’intégration de l’hydrogène dans les systèmes énergétiques et de nombreux secteurs industriels avec deux projets de stratégies adoptés chacun par la Commission européenne le 8 juillet 2020, respectivement sur l’intégration du système énergétique et sur l’hydrogène pour une Europe climatiquement neutre.

L’Europe est également très compétitive dans la technologie de l’hydrogène propre et est bien placée pour bénéficier du développement de l’hydrogène pur dans le monde entier.

Les investissements cumulés dans l’hydrogène renouvelable en Europe pourraient aller de 180 milliards d’euros à 470 milliards d’euros d’ici 2050 et de 3 à 18 milliards d’euros pour l’hydrogène carbone faiblement fossile.

Les analystes estiment que d’ici 2050, l’hydrogène pur pourrait répondre à 24 % de la demande énergétique mondiale avec un chiffre d’affaires annuel d’environ 630 milliards d’euros.

Presque tous les États membres ont inclus des initiatives d’hydrogène pur dans leurs plans nationaux en matière d’énergie et de climat, 26 ont participé à des initiatives d’hydrogène et 14 ont intégré l’hydrogène dans leurs cadres nationaux de déploiement d’infrastructures pour les carburants alternatifs.

Le cycle d’investissement dans le secteur des énergies propres est d’environ 25 ans, il est donc temps d’agir. Dans le même temps, cette feuille de route complète la stratégie d’intégration du système énergétique présentée, qui décrit comment les différents domaines de travail de la politique énergétique de l’UE, en particulier le développement de l’hydrogène, contribueront à la création d’un système énergétique intégré neutre pour le climat. Il est basé sur l’électricité renouvelable, le cycle fermé, les carburants renouvelables et à faible teneur en carbone.

• Hydrogène décarboné produit par électrolyse

En raison principalement des processus industriels qui nécessitent de l’hydrogène de haute pureté, l’électrolyse de l’eau ne produit que 0,1 à 70 Mt d’hydrogène par an dans le monde.

L’hydrogène produit par l’électrolyse de l’eau est appelé hydrogène « vert » lorsqu’il est issu d’énergies renouvelables, et « jaune » lorsqu’il est issu du nucléaire (produit de l’hydrogène à partir du nucléaire).

L’intérêt pour l’électrolyse de l’eau pour la production d’hydrogène augmente pour plusieurs raisons.

• Si l’électricité utilisée est pauvre en carbone (basée sur des énergies nucléaires, renouvelables ou fossiles mais avec CCUS), il s’agit d’une production à faible émission de CO2.
• Le prix de la cellule électrolytique a tendance à baisser,
• Le coût du stockage de l’énergie, par exemple avec des batteries, reste élevé.
• Le développement rapide d’EnRi12 crée des surtensions aléatoires.

Selon l’AIE, environ 50 kWh d’électricité et 9 litres d’eau sont nécessaires pour produire 1 kg d’hydrogène par électrolyse.

Il existe actuellement deux technologies d’électrolyseurs qui divisent le marché, et une troisième commence à émerger.

• L’électrolyse alcaline, la technologie la plus étendue et la plus éprouvée (existante depuis les années 1920), mais en déclin relatif,
• Électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM) – une technologie en évolution rapide ;
• Electrolyseurs haute température SOEC (pour solid oxyde electrolyzers) en cours de développement.
• Le reformage du gaz source actuelle d’hydrogène décarboné

Aujourd’hui, plus de 95% de l’hydrogène est encore produit à partir de combustibles fossiles, utilisant 6% de la production mondiale de gaz naturel et 2% de la production mondiale de charbon.

L’essentiel de la production d’hydrogène provient du reformage à la vapeur du gaz naturel (ou d’autres hydrocarbures comme l’éthanol, le propane ou l’essence), appelé SMR (SteamMethane Reforming), ou dans une moindre mesure, du procédé ATR (Autothermal Reforming), dans les deux cas de grandes installations et d’émissions de CO2 élevées.

Le méthane utilisé en amont dans ces procédés de production d’hydrogène, peut être soit du gaz naturel, et on parle alors d’hydrogène « gris », soit du charbon gazéifié et on parle alors d’hydrogène « noir » ou « brun ». Après tout, diverses études ont montré que l’hydrogène produit par SMR avec CCUS (Carbone capture, Utilization, and Storage) coûte entre 2 et 2,5 €/kg en Europe en raison des prix du gaz plus élevés que dans d’autres régions du monde où le coût peut remonter à 1,5-2. €/kg.

Le captage, le stockage et l’utilisation du CO2

Pour atteindre la neutralité carbone d’ici 2070, l’AIE prévoit d’augmenter significativement sa capacité annuelle de captage et de stockage de CO2.

Pour la France, la DGEC estime que le rôle du captage et stockage du CO2 (CSC) se limitera essentiellement à réduire les émissions résiduelles des procédés industriels et à générer des émissions négatives liées à la combustion de biomasse.

Le CSC ne doit pas couvrir les émissions de CO2 des énergies fossiles en France.

Cela peut sembler peu, mais l’électricité en France est déjà très bas carbone et l’accès depuis la France est cher car plusieurs installations de stockage géologique sont en construction en Europe et en mer du Nord.

• Des technologies de captage aux maturités différentes : Il existe trois types de procédés pour séparer le CO2 des autres composants de la fumée (vapeur, dioxyde d’azote…) :
• La post-combustion : La séparation du CO2 s’effectue en sortie de l’installation industrielle au moyen de processus tels que l’absorption dans les solvants (généralement des amines), l’absorption dans les solides, l’absorption dans diffusion membranaire ou distillation congelée.
• La précombustion : carburant qui est combiné à de la vapeur ou de l’oxygène pour produire du gaz de synthèse, qui comprend du CO et du H2. La réaction du CO avec la vapeur d’eau conduit à une production supplémentaire de H2 et à la conversion du CO en CO2. En séparant le CO2 du mélange gazeux à haute pression, un gaz adapté à la production d’énergie est obtenu
• L’oxycombustion :  l’oxygène de combustion est séparé de l’azote de l’air par distillation congelé, par séparation membranaire ou par Chemical Looping (apport d’oxygène sous forme d’oxyde métallique). La combustion est effectuée avec de l’oxygène presque pur produisant un gaz combustible composé presque entièrement de CO2 et de vapeur d’eau, dont la séparation par condensation est facile.

La valorisation du CO2 comme complément

Selon un rapport de l’AIE27, 230 millions de tonnes de CO2 par an dans le monde sont principalement utilisées pour les engrais (130 millions de tonnes de CO2/an).

D’autres utilisations commerciales incluent le CO2 (20 Mt/an): la production alimentaire (y compris les boissons gazeuses), la fabrication de métaux, la réfrigération et la stimulation de la croissance des plantes dans les serres.

L’AIE identifie cinq produits majeurs pouvant représenter un marché initial de 10 MtCO2/an pour chacun.

1. Les carburants produits à partir de CO2 tels que le méthane, le méthanol et le gaz de synthèse peuvent être produits avec de l’hydrogène. Il peut être particulièrement intéressant dans le domaine de l’aviation en remplacement de l’hydrogène pur.
2. Les produits chimiques du CO2 peuvent être formés à partir du méthanol : oléfines, polymères, aromatiques, etc. La production de polycarbonate à partir de CO2 semble être compétitive sur le marché actuel en raison de sa faible consommation d’énergie et de sa valeur marchande élevée.
3. Le ciment est un puits potentiel de CO2 en raison de la présence de silicate de calcium, qui peut réagir avec le CO2 pour former du carbonate de calcium.
4. Les matériaux de construction peuvent être fabriqués à partir de CO2 et de déchets (scories de fer, cendres volantes de charbon, résidus de bauxite, etc.).
5. L’augmentation des rendements des cultures due au CO2 (production d’algues, cultures en serre, etc.) peut être significative jusqu’à 25-30%. L’AIE estime que la consommation de CO2 sera comprise entre 250 et 878 Mt CO2 par an en 2060. En conséquence, la masse de CO2 utilisée dans le monde ne devrait représenter que quelques pourcents de la masse stockée dans les structures géologiques.

SNECI et l’accompagnement vers la production décarbonée des industriels

Nous accompagnons nos clients dans la décarbonation de leur industrie et production en améliorant leurs procédés et leur rentabilité tout en tenant compte des contraintes environnementales, réglementaires locales.

Nos 10 filiales nous permettent d’accompagner tout industriel ou fournisseur dans le monde entier, qu’il soit en Afrique, en Asie, en Europe ou en Amérique.

Notre accompagnement en décarbonation de la production industrielle s’articule autour de plusieurs axes :

• Définir une stratégie adaptée à vos ambitions avec des objectifs clairs et alignés sur votre agenda
• Mesurer de manière robuste l’impact de votre activité sur le changement climatique
• Etablir une feuille de route et un plan d’action qui, pour réduire vos émissions de gaz à effet de serre, intègre de nombreux leviers adaptés à votre activité
• Compenser vos émissions résiduelles sur le périmètre que vous avez défini

Notre engagement dans la lutte contre le changement climatique recoupe de nombreuses autres problématiques avec des co-bénéfices variés à la clé grâce à notre outil d’évaluation ISA permettant de prendre en compte les aspects suivants :

• Votre contribution pour la restauration de la biodiversité
• La gestion pérenne des ressources en eau,
• La valorisation de vos actions auprès de vos employés, vos clients et vos financeurs,
• Garantir la pérennité de votre activité et de votre entreprise.

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