1: Recyclage du CO₂ :
Il est urgent de trouver une solution innovante pour réduire les émissions mondiales.
Le recyclage du CO₂ par dissociation en carbone pur et oxygène offre une solution innovante pour réduire ces émissions tout en valorisant les sous-produits.
Dans cette étude, nous :
- explorons les technologies de dissociation du CO₂,
- analysons la rentabilité économique
- présentons les défis techniques
- présentons les opportunités d'amélioration.
2: Pourquoi la dissociation du CO₂ en C + O₂
️ Un impact environnemental positif.
La dissociation du CO₂ permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre en le transformant en carbone pur et oxygène.
Le carbone pur et l’oxygène peuvent être réutilisés dans l'industrie de l'acier ou valorisé dans des applications à haute valeur ajoutée (matériaux composites, batteries).
L'oxygène produit peut être utilisé dans des procédés industriels, contribuant ainsi à une économie circulaire du CO₂.
️ Un potentiel pour l'industrie de l'acier
L'industrie sidérurgique est l'un des secteurs les plus polluants, responsable de près de 7% des émissions mondiales de CO₂.
En intégrant le recyclage du CO₂ dans ses procédés, l'industrie de l'acier peut :
Réduire son empreinte carbone.
Diminuer sa dépendance aux matières premières fossiles.
Optimiser ses coûts de production grâce à la valorisation des sous-produits: oxygène et carbone.
Et pourquoi ne pas réintégrer le carbone et l’oxygène, issus du CO₂ émis, directement dans le cycle de fabrication de l’acier ? Cela pourrait être rendu possible en exploitant les hautes températures générées par les hauts fourneaux, transformant ainsi une contrainte environnementale en deux composants indispensables.
3: Technologies de dissociation du CO₂ par
électrolyse à haute température.
️ Principe de fonctionnement:
L'électrolyse à haute température utilise des cellules à oxyde solide (SOEC) ou des électrolyseurs en sel fondu pour dissocier le CO₂ en carbone pur et oxygène:
Réaction chimique : CO₂ → C + O₂.
Conditions : Températures de 700 à 900°C pour maximiser le rendement énergétique.
Produits : 1 kg de CO₂ produit environ 0,27 kg de carbone et 0.73 kg d'oxygène.
️ Développement d'électrolyseurs à haute température.
De nombreuses entreprises innovent dans ce domaine :
CEA - Genvia (France) Recherche avancée sur les SOEC pour réduire le CO₂.
Sunfire (Allemagne) : Leader des SOEC pour la conversion du CO₂.
Siemens Energy (Allemagne) : Solutions combinant électrolyse et synthèse chimique.
Boston Metal (États-Unis) : Recherche avancée sur l'électrolyse en oxyde fondu.
Kyocera (Japon) et Ceres Clean Energy (Royaume-Uni) : Développement de technologies d'électrolyse à haute température.
4: Analyse économique :
rentabilité de la production de carbone pur.
️ Coût énergétique:
L'électrolyse à haute température consomme environ
6 Kw pour dissocier 1 kg de CO₂ en 0.27 kg de carbone et 0.73 kg d’oxygène avec un rendement voisin de 50%.
Soit :
Coût énergétique actuel :
6 kW × 0,15 €/kW = 0.90 €/kg de CO₂.
Revenus potentiels :
o Carbone pur : 1,5 €/kg x 0.27 kg = 0.41€
o Oxygène : 0,2 €/kg x 0.64 kg = 0,13 €.
o Total : 0.41€ + 0,13€ = 0.54 €/kg de CO₂
Rentabilité actuelle:
Coût de l'énergie : 0.90€/kg.
Revenus totaux : 0.54€/kg.
Rentabilité = 0.54€ -0.90 € = -0.36 €/kg de CO₂ .
️ Conclusion :
La rentabilité est actuellement largement négative.
️ Opportunités d'amélioration:
1. Augmentation du rendement énergétique à 75% pour réduire le coût par kg de carbone.
On passerait de 6Kw à 4Kw par kg de CO₂ traité.
2. Utilisation d'énergies renouvelables pour diminuer le coût de l'électricité. 0.08€ /kw
3. Valorisation du carbone et de l’oxygène purifiés
sur des marchés plus rentables: batteries, médical.
4. Subventions environnementales pour la réduction des émissions de CO₂. 0.5€ / kg de CO₂ traité.
5. Économies d'échelle en augmentant la capacité de production. 0 à 20%
️ Calcul après prise en compte d’améliorations:
Coût énergétique (renouvelable ou nucléaire):
4 Kw × 0,08 €/Kw = 0.32 €/kg de CO₂.
Revenus potentiels :
o Carbone pur : 1,5 €/kg x 0.27 kg = 0.41€
o Oxygène : 0,2 €/kg x 0.64 kg = 0,13 €.
o Subventions : 0.50 €/kg
o Total : 0.41 € - 0.13€ + 0.50 = 1.04 €/kg.
Rentabilité espérée
Coût de l'énergie : 0.32€/kg.
Revenus totaux : 1.04 €/kg.
Revenus totaux
Rentabilité = 1.04€ - 0.32€ = +0.72 €/kg.
️ Conclusion :
Une rentabilité très prometteuse.
La rentabilité pourrait être largement positive sans subventions (0,50 €), sans revalorisation des prix du carbone (1,5 à 5 €/kg) et de l’oxygène, ni économies d’échelle.
Cela, hors amortissements et frais généraux, à déduire d’une marge confortable de 0,22 € complétée par 0,50 € de subventions.
5: Défis techniques et opportunités d'amélioration
️ Défis techniques:
Températures élevées (700-900°C) nécessaires pour la dissociation du CO₂, augmentant la consommation énergétique.
Stabilité des matériaux pour résister à ces températures extrêmes.
Colmatage des électrodes par le carbone solide produit, nécessitant des solutions innovantes pour éviter les blocages.
️ Opportunités technologiques:
Amélioration des matériaux : Utilisation de céramiques avancées pour une meilleure durabilité des électrodes.
Optimisation des processus pour minimiser les pertes énergétiques.
Intégration de l'IA pour le contrôle précis des paramètres de dissociation.
6: Conclusion :
Une technologie d'avenir pour la décarbonation
Le recyclage du CO₂ par dissociation en carbone pur et oxygène est une solution innovante pour réduire les émissions de CO₂ dans l'industrie de l'acier du ciment et de l’énergie.
Toutefois, des avancées technologiques dans les électrolyseurs à haute température et des stratégies économiques sont nécessaires pour améliorer leur rentabilité.
En optimisant le rendement énergétique, en valorisant le carbone pur, l’oxygène et en profitant des subventions environnementales, cette technologie pourrait devenir une activité très profitable et révolutionner l'économie circulaire du CO₂ qui reste un très grand danger pour le climat.
Pour éviter le chaos climatique, il faut mobiliser des efforts mondiaux pour développer des solutions rentables de recyclage du CO₂ en carbone et oxygène, comme pour les vaccins Covid tout en garantissant une forte rentabilité économique.
Le CEA serait en passe d’atteindre des rendements de 99% sur des électrolyseurs à haute température en laboratoire.
À quand une mobilisation mondiale
pour une industrialisation à grande échelle
des électrolyseurs à haute température ?
Pourquoi cette étude privilégie le carbone.
La dissociation du CO₂ peut se faire sous deux formes: « C + O₂ « ou « CO + O₂ »
La rentabilité de la dissociation du CO₂ dépend du prix de l'électricité :
C + O₂ devient plus rentable à bas coût électrique.
CO + O₂ reste avantageux si l'électricité est chère.
Pour un coût de 0,08 €/kWh (éolien, solaire, nucléaire) et un rendement des électrolyseurs de 75%, l'option C + O₂ est 2,3 fois plus rentable que CO + O₂.
Cette différence est due à la valorisation du carbone solide et aux faibles coûts énergétiques.
Le recyclage du CO₂ en
Carbone et Oxygène.
Nouvel Or Noir de l’Économie Verte.
Un défi industriel urgent pour sauver le climat.
Les gaz à effet de serre, notamment le dioxyde de carbone (CO₂), occupent une place centrale dans les préoccupations environnementales actuelles.
Depuis plus de 30 ans, les émissions mondiales de CO₂ ne cessent d'augmenter, malgré les engagements pris lors des 27 COP pour lutter contre le changement climatique et les catastrophes naturelles qui s’enchaînent de plus en plus rapidement.
Le modèle énergétique mondial, encore largement dominé par les énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole), peine à réduire sa dépendance à ces ressources, même face à l'accélération du développement des énergies renouvelables (éolien, solaire, hydraulique).
Afin de limiter ces émissions, il est essentiel de mieux comprendre leurs principales sources, afin de cibler plus efficacement les efforts de réduction et de captation. Savez vous que Dunkerque représente 20% des émissions de CO₂ de la France .
Rappelons que les principaux émetteurs de CO₂ sont :
Les centrales électriques : > 40% des émissions
Les cimenteries : 8% des émissions
Les aciéries : 7% des émissions
Recycler seulement 9 % des 55 % de ces trois industries chaque année permettrait de réduire de 5 % les émissions mondiales de CO₂, atteignant enfin les objectifs fixés par les 27 COP, restés inaccessibles (hors année de la Covid).
Opportunités de captation et de recyclage.
Cette concentration des émissions dans quelques secteurs industriels majeurs présente une opportunité intéressante pour la mise en place de solutions de captation et de recyclage du CO₂.
En effet :
La localisation précise de ces grandes sources d'émissions facilite l'installation de technologies de captage et de recyclage directement sur site.
L'importante quantité de CO₂ émise par ces installations justifie économiquement l'investissement dans des infrastructures de captage et recyclage à grande échelle.
La constance des émissions de ces industries permet une captation continue et prévisible.
Potentiels avantages:
Réduction significative des émissions globales de CO₂
Développement de nouvelles filières industrielles autour du recyclage du CO₂ Carbone et Oxygène.
Amélioration de l'image des industries concernées.
Possibilité de valorisation du CO₂ capté dans d'autres processus industriels.
Cette concentration des émissions devrait donc effectivement permettre une captation et un recyclage plus faciles du CO₂, offrant ainsi une piste prometteuse dans la lutte contre le changement climatique.
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