Comment l'industrie chimique peut-elle atteindre les objectifs climatiques ?

Le Conseil fédéral suisse a décidé que le pays devrait devenir neutre en carbone d'ici 2050. Cela peut être difficile en ce qui concerne le trafic automobile et l'ensemble du secteur de l'électricité, mais pas impossible - avec une électrification systématique et l'utilisation exclusive de sources d'énergie neutres en carbone, par exemple.

Un tel changement sera plus difficile pour l'industrie chimique. Alors que pour de nombreux autres secteurs industriels, l'une des principales préoccupations est l'efficacité énergétique, l'industrie chimique doit également se pencher sur la question des matières premières. « Les polymères, les plastiques, les fibres textiles synthétiques et les médicaments contiennent tous du carbone. Il doit bien venir de quelque part », explique Marco Mazzotti, Professeur de génie des procédés à l'ETH Zurich. Dans l'état actuel des choses, la grande majorité de ce carbone provient du pétrole et du gaz naturel. Lors de la production, et lorsque les produits chimiques sont brûlés ou se décomposent en fin de vie, ils libèrent du CO₂.

En utilisant des chiffres concrets et la production de méthanol comme étude de cas, Marco Mazzotti et ses collègues de l'ETH Zurich et de l'Université d'Utrecht ont maintenant systématiquement comparé différentes approches visant à réduire à zéro les émissions nettes de CO₂ de l'industrie chimique. La principale conclusion de la nouvelle étude est que l'objectif d'atteindre des émissions nettes de CO₂ nulles dans l'industrie chimique est en fait réalisable. Cependant, toutes les approches examinées par l'étude pour atteindre cet objectif présentent à la fois des avantages et des inconvénients, qui se manifestent différemment dans les différentes régions du monde. En outre, ces trois concepts nécessitent plus d'énergie (sous forme d'électricité) que les méthodes de production actuelles.

Capturer le  CO₂ ou utiliser la biomasse

• Une des approches consiste à continuer à utiliser les ressources fossiles comme matières premières, mais en capturant systématiquement les émissions de CO₂ et en les séquestrant sous terre grâce à un processus connu sous le nom de capture et de stockage du carbone (CSC). Le grand avantage est que les processus de production industrielle actuels n'auraient pas besoin d'être modifiés. Cependant, les sites de stockage doivent être adaptés en termes de géologie, offrant par exemple des couches sédimentaires profondes qui contiennent de l'eau salée. On ne trouve pas de tels sites partout dans le monde.

• Une autre approche consisterait à ce que l'industrie utilise le carbone provenant du CO₂ capturé dans l'air ou dans les gaz résiduaires industriels. Ce processus s'appelle le captage et stockage du carbone (CSC). L'hydrogène nécessaire aux produits chimiques serait obtenu à partir de l'eau en utilisant l'électricité. Cette approche impliquerait une révision majeure des processus de production chimique et la reconstruction d'une grande partie de l'infrastructure industrielle. En outre, elle nécessite une quantité d'électricité extrêmement importante, six à dix fois supérieure à celle nécessaire au CSC. « Cette méthode ne peut être recommandée que dans les pays où le mix électrique est neutre en carbone », explique Marco Mazzotti : « Nous démontrons clairement que l'utilisation de grandes quantités d'électricité provenant de centrales au charbon ou au gaz serait, en fait, bien pire pour le climat que la méthode de production actuelle basée sur les combustibles fossiles ».

• Une dernière option consisterait à utiliser la biomasse (bois, plantes sucrières, plantes oléagineuses) comme matière première pour l'industrie chimique. Bien que cette méthode nécessite moins d'électricité que les autres, elle implique une utilisation très intensive des terres pour faire pousser les cultures, nécessitant 40 à 240 fois plus de terres que les autres approches.

L'avenir de l'aviation

Marco Mazzotti et ses co-auteurs ont basé leur étude sur la production de méthanol, qui est similaire au processus utilisé pour la production de carburants. Leur travail alimente donc également la discussion sur les futurs carburants pour avions, comme le souligne Marco Mazzotti : « Nous entendons sans cesse dire, même de la part des expert·es, que la seule façon pour l'aviation de devenir neutre en carbone est d'utiliser des carburants synthétiques », dit-il. « Mais ce n'est pas vrai ». La production de carburants synthétiques est un processus extrêmement gourmand en énergie. Si l'électricité des centrales au charbon ou au gaz devait être utilisée à cette fin, les combustibles synthétiques auraient une empreinte carbone encore plus importante que les combustibles fossiles. L'étude montre qu'il existe au moins deux alternatives viables aux carburants synthétiques : l'aviation pourrait continuer à utiliser des carburants fossiles si le CO₂  émis par les avions était capturé et séquestré ailleurs, ou si les carburants pouvaient être obtenus à partir de la biomasse. 

Ce projet de recherche a été financé par le Centre suisse de compétence pour la recherche énergétique - Efficacité des processus industriels (SCCER-EIP) et l'Office fédéral de l'énergie.