Gros plan sur le captage du carbone
15 Sep 2023
Pour consolider ce nouveau front essentiel dans la lutte contre le réchauffement climatique, GEA a développé un ensemble de solutions de captage de carbone conçues pour répondre aux besoins d’émetteurs industriels clés.
Dans la lutte contre le changement climatique, l’introduction progressive d’énergies renouvelables, de combustibles durables et de pratiques écoénergétiques sera certainement utile, mais elle ne suffira pas vu l’ampleur du défi. À court terme, capter le CO2 au niveau des sources en vue de sa réutilisation ou de son stockage de longue durée sera essentiel. Nombreux sont, en effet, ceux qui voient le captage du carbone comme l’unique solution valable à court terme pour juguler les émissions de CO2 et permettre à l’humanité d’atteindre ses objectifs climatiques.1
Le captage du carbone est utilisé depuis des dizaines d’années pour transformer le gaz naturel en combustible commercialisable ou encore pour injecter du CO2 dans les gisements de pétrole pour améliorer le rendement de l’extraction. Mais pour les gros émetteurs industriels de CO2 actuels, le captage du carbone est dans la majeure partie des cas un terrain inconnu. Si pour les compagnies pétrolières et gazières séparer le CO2 de leurs flux de produit est depuis longtemps avantageux sur le plan économique, on ne peut pas dire la même chose pour les producteurs de ciment ou d’acier. En Europe, par exemple, ces émetteurs industriels doivent composer avec la multiplication des enjeux : investir dans le captage de carbone et augmenter leurs prix en conséquence, tout en restant compétitifs par rapport aux producteurs basés dans des pays qui n’ont pas mis en place de législation sur le CO2 Et, ils ne peuvent pas se permettre d’attendre. La demande d’action en faveur du climat, qui émane des organismes de réglementation, du grand public et de la planète elle-même, est simplement trop forte et trop pressante.
Pour résumer, les émetteurs industriels d’aujourd’hui ont besoin d’une solution rapide, efficace et économique pour capter leur CO2 et s’en défaire.
Le captage de carbone, une mission pour GEA
Fournisseur de longue date de solutions de contrôle des émissions, GEA veut aujourd’hui aider les industries fortement émettrices à se lancer dans le captage du carbone. « Pour réaliser la promesse de la capture du carbone, celle-ci devra devenir meilleur marché et plus simple à mettre en œuvre dans les différents secteurs industriels », constate Dr. Felix Ortloff, Directeur Senior de GEA Carbon Capture Solutions. F. Ortloff et son équipe se concentrent en particulier sur cinq secteurs - le ciment, le fer et l’acier, le verre, les produits chimiques et la bioénergie - et ont conçu un ensemble des solutions de captage du carbone adaptées à leurs besoins spécifiques. « Premièrement, de nombreuses de ces entreprises doivent répondre à l’évolution des réglementations et se lancer dans des démarches « zéro émission nette », ce qui veut dire qu’elles doivent se lancer assez rapidement », explique F. Ortloff. « Deuxièmement, en l’absence de subventions massives, elles préfèrent en général commencer à petite-moyenne échelle pour pouvoir gérer le coût des projets et pouvoir ensuite accroître la capacité lors d’une phase d’expansion. Troisièmement, elles recherchent une solution qui ne soit pas trop complexe ; dans ce domaine, avoir un fournisseur unique aide en réduisant les limites des batteries. Enfin, elles veulent une solution qui puisse être intégrée dans leurs opérations sans les perturber. »
Pour satisfaire ces exigences, GEA a développé un portefeuille de captage de carbone de bout en bout, qui compte quatre composants principaux :
- XECO Waste-Heat-Recovery (Récupération de la chaleur fatale) – Pour des économies maximales : la chaleur dégagée par les procédés d’une installation et les gaz de combustion est utilisée pour fournir une grosse partie de la chaleur requise pour la séparation du CO2 .
- SETO Gas Pre-Treatment (Prétraitement des gaz) – Pour une efficacité et une longévité maximales : les constituants à l’état de traces nocifs sont éliminés des gaz de combustion pour maximiser la stabilité à long terme de la chimie de captage de carbone.
- CEBO Carbon Capturing Plants (Installations de captage de carbone) – Quatre installations de capture de carbone à base d’amines de tailles différentes permettent à tous nos clients de disposer d’une solution en adéquation avec l’usage prévu, économique et facile à installer.
- NAVO CO2 Utilization & Sequestration (Utilisation et séquestration du CO2 ) – Les solutions de purification, de liquéfaction, de conditionnement et de transport de CO2 permettent à la clientèle de se débarrasser du CO2 séquestré, pour le réutiliser dans la production industrielle ou le stocker à long terme.
Pour F. Ortloff, la grande expérience de GEA dans le domaine du contrôle des émissions, de la récupération de chaleur fatale, de la liquéfaction et de la réutilisation du CO2 , ainsi que son expertise dans la conception, l’installation et la montée en échelle des lignes de procédé industrielles, lui confèrent une longueur d’avance sur la concurrence. « Nos décennies d’expérience dans le traitement des gaz de combustion nous permettent de proposer un concept plus standardisé, rationnel, qui utilise des matériaux à la fois économiques et plus durables, » dit-il. « Nous avons aussi la force financière nécessaire pour gérer des projets plus ambitieux à un niveau de prix très concurrentiel par rapport à certains acteurs réputés de cette branche. Et nous garantissons les performances, ce qui fait que le risque du projet est très bas pour nos clients. »
Les solutions de captage de carbone de GEA pour une réduction optimale et économique du CO<sub>2</sub>.
Une rentabilité portée par la récupération de chaleur
L’étape la plus énergivore du procédé de captage de carbone est le chauffage de la solution amine dans le rebouilleur thermique pour désorber et séparer le CO2 gazeux. La solution de récupération de chaleur XECO de GEA exploite le plus possible la chaleur fatale de l’usine pour fournir l’énergie nécessaire pour cette étape du procédé et minimiser les coûts d’exploitation.
« Certains des projets de captage de carbone phares actuels bénéficient de financement publics généreux – ce qui est nécessaire pour acquérir de l’expérience dans le cas d’une nouvelle technologie – mais la grande majorité des émetteurs industriels devront financer eux-mêmes leurs projets de captage de carbone. Alimenter le procédé de captage de carbone en récupérant la chaleur fatale est une excellente façon de minimiser les coûts. »- Dr. Felix Ortloff, Directeur Senior de GEA Carbon Capture Solutions, GEA
- Dr. Felix Ortloff, Directeur Senior de GEA Carbon Capture Solutions, GEA
Comme le souligne F. Ortloff, un système de récupération de chaleur efficace doit aussi être conçu en fonction des propriétés spécifiques du gaz de combustion de l’installation. Sélectionner un caloporteur approprié, qu’il s’agisse d’huile thermique ou de vapeur, est un autre facteur important. « GEA a une grande expérience de l’utilisation du surplus de chaleur des procédés industriels et des gaz de combustion pour aider ses clients à améliorer le rendement énergétique de leurs installations », explique F. Ortloff. « Un des grands défis de la récupération de chaleur dans les cimenteries, par exemple, est la forte teneur en poussières des émissions gazeuses des fours, qui peut impacter gravement la longévité de l’unité de récupération de chaleur. Notre système de récupération de chaleur fatale XECO Waste Heat Recovery a déjà donné preuve de sa capacité à fonctionner pendant des années dans ces conditions tout en assurant de très bonnes performances de transfert thermique. »
Des producteurs de verre s’appuient également depuis plus de dix ans sur la solution XECO de GEA pour améliorer le rendement énergétique. « Étant donné que la fabrication du verre génère de grandes quantités de chaleur fatale, notre solution de captage de carbone peut aider les verreries à atteindre une élimination appréciable du CO2 , de l’ordre de 40 à 50 %, avec peu voire pas du tout d’intrants énergétiques », explique F. Ortloff.
Des performances de longue durée grâce au prétraitement des gaz
GEA fournit depuis de nombreuses années des solutions de contrôle des émissions aux industries du ciment, du fer et de l’acier, du verre, de la chimie et des bioénergies. « Chaque secteur a un type de gaz de combustion qui lui est propre et un prétraitement approprié des gaz de combustion est essentiel pour assurer des performances de capture de carbone optimales », explique F. Ortloff. Cela est dû au fait que les gaz de combustion types de ces secteurs incluent des composants à l’état de trace, en particulier des oxydes d’azote (NOx), des oxydes de soufre (SOx), des aérosols et des particules solides, telles que la poussière, qui ont un impact négatif sur la stabilité de la solution amine utilisée pour capter et éliminer le CO2.
Le prétraitement comprend aussi la régulation de l’humidité des gaz de combustion. « Nous devons maintenir une concentration d’eau stable dans la solution amine, » explique F. Ortloff. « Si la teneur en eau du gaz de combustion est trop élevée ou trop basse, cela se répercutera sur les performances. » Le prétraitement des gaz de combustion de GEA abaisse aussi le risque que des dépôts ne se forment dans le système de captage de carbone, ce qui impacterait considérablement les coûts de maintenance.
Sa connaissance des profils des gaz de combustion uniques de chacune de ces industries a aidé GEA à concevoir sa solution de prétraitement des gaz SETO de manière à permettre une configuration individualisée de la ligne de lavage de gaz. « Notre expérience dans le prétraitement des gaz nous permet d’intégrer de manière fluide le procédé de séparation du CO2 dans la ligne de gaz de combustion de chacun de nos clients pour abaisser les coûts d’exploitation et garantir des performances de captage de carbone plus fiables », explique F. Ortloff.
Le captage du carbone rendu agile
Les installations de captage de carbone CEBO de GEA s’appuient sur un procédé de captage de CO2 de pointe aux amines. Ce dernier consiste à faire passer le gaz de combustion à travers un solvant amine, qui élimine le CO2 par absorption ; le solvant est ensuite chauffé pour relâcher le CO2 pur qui sera réutilisé ou stocké. Si cette technologie est utilisée depuis longtemps dans l’industrie pétrolière et gazière, aujourd’hui le défi est d’introduire le captage du carbone dans une gamme d’autres industries fortement émettrices, rapidement et avec des coûts bas. « Le captage de carbone à base d’amines dans l’industrie du pétrole et du gaz prend normalement la forme de projets de très grande envergure en mesure de gérer des débits de gaz très importants, qui sont très coûteux à construire, installer et exploiter », explique F. Ortloff. « Cela ne correspond pas aux besoins de nos industries cibles dans le domaine du ciment, du fer et de l’acier, du verre, des produits chimiques ou des bioénergies, où vous avez toute une gamme de débits gazeux et de budgets. Pour servir ces secteurs, nous avons besoin d’une approche à la fois plus simple et plus agile. »
GEA propose des installations de captage de carbone de quatre tailles différentes, dont la capacité de séparation, qui va de 16 à 200 ktpa de CO2 , a été calculée sur la base de la chaleur fatale moyenne disponible dans différentes industries.
« Pour une cimenterie de grandes dimensions, la chaleur fatale disponible peut nous permettre de capturer pour commencer 20 % du CO2 du gaz de combustion ; dans une verrerie, ce chiffre peut monter à 40-50 %. »- Dr. Felix Ortloff, Directeur Senior de GEA Carbon Capture Solutions
- Dr. Felix Ortloff, Directeur Senior de GEA Carbon Capture Solutions
« La bioénergie est intéressante, car nous atteignons dans ce domaine des émissions de CO2 d’origine anthropique nettes négatives si la séquestration de CO2 est mise en œuvre. Cela s’explique par le fait que le CO2 capturé provient originellement de la croissance de la biomasse, on peut parler de captage direct dans l’air, naturel ».
La conception des installations de captage de carbone CEBO Carbon Capturing de GEA est simple et repose sur des modules. Des conteneurs standards d’une douzaines de mètres, nos « blocs de construction », sont préassemblés pour une installation rapide. Ils sont dotés de portes latérales qui facilitent l’accès et la maintenance. Les installations de captage de carbone CEBO utilisent des matériaux résistants à la corrosion tels que des thermoplastiques ou de l’acier inoxydable. Le système de commande à optimisation automatique est compatible avec l’assistance à distance, ce qui assure une exploitation simple et une assistance technique rapide pour nos clients.
Utilisation et séquestration pour le bien du climat
Pour que l’impact sur le bilan climatique d’une entreprise soit positif, le CO2 capté doit être soit séquestré – on peut par exemple le stocker sur le long terme dans des réservoirs souterrains – soit utilisé à la place de CO2 provenant de combustibles fossiles pour la fabrication, par exemple de boissons ou de carburants. Le fait qu’à la fois le marché et les infrastructures pour l’utilisation et la séquestration du CO2 capturé soient relativement nouveaux, peut constituer un défi supplémentaire pour les entreprises qui se lancent dans le captage du carbone.
- Quelles sont les options disponibles pour la réutilisation, le stockage ou le transport ?
- Quels sont les critères à remplir en termes de pureté, d’état physique, de pression et de température ?
- Et comment une société peut-elle s’assurer que ces critères soient satisfaits avec constance sur le long terme ?
Les solutions d’utilisation et de séquestration de CO2 NAVO de GEA s’appuient sur son expertise de longue date dans le domaine de la transformation chimique et notamment de la liquéfaction, du conditionnement, du transport et de la réutilisation du CO2 . « Nous pouvons conditionner le CO2 comme requis par le cahier des charges et préparer un point de raccordement pour le transport modulaire ou l’alimentation d’un gazoduc », explique F. Ortloff. « Pour la réutilisation industrielle, un transport à l’état liquide réfrigéré utilisant des citernes, par camion ou sur le rail, est la solution la plus courante, l’Europe (EIGA) requérant une pureté d’au moins 99,9 % pour l’utilisation dans le domaine de l’agroalimentaire et des boissons.2 Le cahier des charges sera différent pour le transport en gazoduc, par exemple pour le stockage. » Étant donné que les coûts du transport du CO2 liquide restent élevés, GEA recommande aux entreprises d’identifier des clients potentiels pour leur CO2 dans leur voisinage, et leur offre son assistance pour les spécifications des limites des batteries.
- Partenaire de longue date de l’industrie brassicole, GEA a une expérience réelle dans le domaine de la récupération du CO2 de qualité alimentaire en vue de sa réutilisation dans la production des boissons.
- En travaillant avec ses partenaires industriels, GEA est en mesure de synthétiser du méthanol à partir de CO2 et de H2, pour l’utiliser comme carburant ou bloc de construction dans l’industrie chimique.
- GEA offre aussi son expertise dans la production de carbonates à partir de CO2 capturé, une technologie qui peut être exploitée dans diverses industries, notamment dans le secteur du verre, des produits pharmaceutiques et de la pulpe et du papier. « Sa vaste expérience dans les technologies de cristallisation permet à GEA de se poser en fournisseur de technologie pour des projets de carbonate/bicarbonate d’une capacité de production de plusieurs centaines de tonnes de production par jour », explique F. Ortloff.
- Pour plus de flexibilité, GEA propose aussi en option une installation de stockage intermédiaire pour le CO2 capturé.
- De plus, l’énergie thermique obtenue en refroidissant et en compressant le CO2 peut être réintégrée dans un système de transfert de chaleur pour améliorer de manière générale le rendement.
De (plus) petites étapes pour un succès durable
GEA a lancé le développement de son portefeuille de captage de carbone en 2021 quand l’entreprise a saisi que le savoir-faire qu’elle avait acquis au cours de dizaines d’années pouvait se révéler un atout stratégique sur ce nouveau front de la lutte contre le réchauffement climatique. GEA est également consciente que les secteurs fortement émetteurs tels que l’industrie cimentière et celles du fer et de l’acier vont devoir commencer par mettre en place des solutions de captage de carbone de petites dimensions avant de passer à des installations à plus grande échelle. « Nous avons conçu notre installation de captage de carbone pour atteindre une élimination du CO2 de 90 % et le pilote a confirmé que nous étions capables d’y parvenir », ajoute F. Ortloff.
« Mais à court terme, une élimination à pleine échelle n’est pas réaliste pour de nombreuses entreprises. Pour le moment, les émetteurs doivent trouver un équilibre entre le coût de l’investissement dans le captage de carbone et celui des crédits carbone, et continuer à avancer sur ces deux fronts. Ces crédits vont devenir moins disponibles et plus onéreux, ce qui poussera les entreprises à investir davantage dans le captage du carbone. »- Dr. Felix Ortloff, Directeur Senior de GEA Carbon Capture Solutions, GEA
- Dr. Felix Ortloff, Directeur Senior de GEA Carbon Capture Solutions, GEA
Dans un proche avenir, les demandes des actionnaires, les règlementations plus strictes, les subventions gouvernementales généreuses ou un marché plus solide pour le CO2 capté, ou tous ces éléments à la fois, pourraient bien amener les sites industriels à capter un pourcentage plus élevé de leurs émissions de CO2 afin de réutiliser et stocker ce dernier. « Nous sommes prêts pour cela et avons hâte d’y être », ajoute F. Ortloff. « Mais en attendant, nous pouvons aider les gros émetteurs à réaliser dès aujourd’hui des gains plus modestes avec une solution rapide, économique et évolutive. Si une usine de ciment parvient à atteindre une élimination du CO2 de l’ordre de 20 %, elle franchira un premier pas essentiel et sera dans une position bien plus solide pour augmenter la capacité chemin faisant. «
