Biotechnologies

Le CO2, bientôt au vert ?

Un enjeu de taille

L’enjeu est de taille. Les émissions de CO2 atteignent chaque année des records. Chaque seconde dans le monde, plus d’un million de kilos de CO2 sont émis dans l’atmosphère. Cela représentait, en 2015, des émissions de 32,1 milliards de tonnes de dioxyde de carbone (CO2). Le taux de concentration de CO2 dans l’atmosphère a lui aussi atteint un record avec 400 ppm (*). Si rien n’est fait et que ces émissions continuent de croître à leur rythme actuel, elles auront doublé en 2050. Or, pour limiter la hausse des températures à 2°C (*) par rapport à l’ère préindustrielle (fin XIXème siècle), il faudrait au contraire les réduire de moitié !

Consommer moins (être plus sobres) et consommer mieux (être plus efficients) sont aujourd’hui les solutions les plus communément envisagées. Dans le scénario le plus optimiste de l’Agence Internationale de l’Energie (AIE), elles pourraient éviter 38 % des rejets de CO2 dans l’atmosphère à l’horizon 2050. Efficaces donc, mais insuffisantes pour éviter le réchauffement de la planète.ima1

En conséquence d’autres pistes sont à l’étude. Deux voies se distinguent principalement aujourd’hui. La première, considérée comme potentiellement majeure dans la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre, est le stockage du CO2 profondément sous terre… L’AIE estime que cette solution pourrait permettre de réduire les rejets de CO2 dans l’atmosphère de 19% à l’horizon 2050. Cette filière est déjà une réalité économique : en 2010, cinq sites existaient de fait dans le monde (Norvège, Algérie, Amérique du Nord), 70 projets étaienten cours, et selon l’AIE, entre 26 et 36 milliards de dollars étaient investis pour soutenir de nouveaux projets. (*)

La seconde est la valorisation du CO2, et c’est sur celle-ci que nous allons nous concentrer par la suite. Le bénéfice est double : cela permet de réduire les rejets de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, et cela fournit une matière première – soit une source de carbone alternative au gaz, au charbon ou au pétrole. Destructeur de déchets et créateur de ressources…. Si cela fait rêver, cette voie est encore, comme nous allons le voir, peu développée.

Les utilisations d’un déchet

Alors, que peut-on faire avec du CO2 ?

La filière de valorisation du CO2 existe depuis les années 1980, mais en 2008 elle ne représentait encore que 0,5% des émissions anthropiques mondiales de CO2 (une estimation qui est en plus à prendre avec des pincettes) (*). Face à l’enjeu que cela représente dans un contexte de réchauffement planétaire, des chercheurs s’efforcent de trouver de nouvelles voies de valorisation pour consommer beaucoup plus de C02 émis… mais ce n’est pas encore pour demain ! Marc Fontecave, membre de l’Académie des sciences et professeur au Collège de France, où il dirige le Laboratoire de chimie des processus biologiques : « Ce n’est pas simple tant cette molécule est réfractaire à sa transformation, mais il n’est pas impensable qu’un jour, si on y consacre les moyens nécessaires, nous aurons à notre disposition les technologies qui permettent d’utiliser le CO2 comme source de carbone. »

Trois types de valorisation existent, dans ces trois segments, une douzaine de voies de valorisation ont été identifiées, chacune à des niveaux de maturité différents :

L’utilisation directe :

Le CO2, non transformé, est utilisé depuis longtemps pour ses propriétés physiques en tant que solvant ou réfrigérant, qui servent à l’industrie alimentaire. Il est aussi utilisé pour faciliter l’extraction du pétrole (on appelle cela la récupération assistée des hydrocarbures ou Enhanced Oil Recovery), ou encore pour les boissons gazeuses.

La transformation chimique :

Associé à un composant fortement réactif, le CO2 peut mener à la synthèse d’un produit chimique de base ou d‘un produit à valeur énergétique.

C’est le cas par exemple de la technique de l’hydrogénation : allier hydrogène et CO2 permet d’obtenir une grande variété de composés tels que le méthane, le méthanol ou le dimethyléther. Ils peuvent ensuite être utilisés comme hydrocarbures et remplacer nos carburants ; ou peuvent servir comme intermédiaires pour l’industrie chimique, pour fabriquer des polycarbonates (utilisés comme matière plastique) ; ou peuvent servir d’intermédiaires pour fabriquer divers autres produits utilisés dans la chimie, la pharmacie, la parfumerie, le textile ou l’agroalimentaire….

Le méthanol (*), en particulier, est très utilisé en tant que matière première pour d’autres produits chimiques. A terme, il permet ainsi la production de matières plastiques, de résines, de peintures, d’explosifs, de carburants…

Différentes techniques sont explorées pour valoriser le CO2 via transformation chimique, mais toutes ne sont pas au même stade de développement (*) :

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La transformation biologique : culture de micro-organismes et biocatalyse

Le C02 peut servir à nourrir des organismes vivants (algues, bactéries, levures).  On peut stimuler la croissance de microalgues qui, transformées permettent la production de biocarburants d’un nouveau genre, dits biocarburants « de troisième génération ». Le CO2 peut aussi servir à faire fermenter le méthane, ou à produire des produits d’intérêt (glucides, huiles et composés cellulosiques).

Associé à des enzymes naturels ou synthétiques, dans le cas de la biocatalyse, le CO2 pourrait générer des molécules à haute valeur ajoutée, utiles à l’industrie pharmaceutique (acide succinique par exemple, pour la synthèse de produits de stimulation de l’insuline).

Ces technologies ont différents degrés de maturité : du stade industriel (pour la culture de microalgues en bassins ouverts), au stade pilote (culture de microalgues en photobioréacteurs pour usage énergétique) ou encore au stade de recherche et développement (biocatalyse).

Prometteur, mais pas pour tout de suite

En effet, de nombreux obstacles restent à surmonter.

ima2La recherche est encore en développement dans ce domaine. D’une part, les procédés de captage du gaz carbonique doivent être améliorés. En effet, à l’heure actuelle, le CO2 qu’il est pratiquement possible de retraiter et valoriser représente une petite fraction du total émis. Pour la transformation chimique par exemple, le CO2 pratiquement utilisable représenterait, selon l’IFPEN, 12% du total de CO2 émis…

D’autre part, la molécule de CO2 est compliquée à manier. Il faut la casser pour en isoler le carbone, l’élément qui nous intéresse, puis recombiner le carbone avec d’autres éléments. Cette manipulation est aujourd’hui très énergivore. Pour que l’opération se traduise positivement pour la planète, l’énergie utilisée devrait provenir de sources renouvelables. On produit sinon plus de CO2 que l’on en consomme. Le développement de catalyseurs performants pour l’activation de la molécule est donc crucial aujourd’hui pour pouvoir un jour valoriser le CO2.

Les moyens humains et financiers sont encore insuffisants. L’un des problèmes réside dans le fait que les exploitations du CO2 qui permettraient de consommer les quantités les plus importantes de ce gaz à effet de serre sont à faible valeur ajoutée, ce qui n’incite pas les industriels à y investir. Jean-François Minster, directeur scientifique de Total : « Pour éliminer des quantités significatives de CO2, il faut agir sur de gros tonnages, de l’ordre de la centaine de millions de tonnes, et fabriquer des produits qui vont stocker le carbone sur une longue durée, comme les plastiques ou le calcaire. Mais ce sont des marchés à faible valeur ajoutée. Les marchés à plus forte valeur ajoutée, eux, sont de petite taille. »

Cependant, la communauté scientifique internationale a pris conscience du potentiel du CO2 et communique en ce sens. Des entreprises comme Total, Air Liquide, Veolia ou Rhodia investissent dans des programmes de valorisation, et des pays (Etats-Unis, Japon, et Chine, en figures de proue) s’y intéressent. Les Etats-Unis et le Japon sont notamment à l’initiative de projets très importants de production de carburants de synthèse utilisant le CO2. La valorisation du CO2 est donc une filière qui va continuer à se développer dans les années à venir.

 

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