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

D'ici 2050, notre société doit être neutre en CO₂-à l'échelle mondiale. C'est ce qu'a décidé le conseiller fédéral pour la Suisse. Pour le trafic automobile ainsi que pour tout le secteur de l'énergie, c'est certes un défi, mais c'est possible, par exemple avec une électrification conséquente et l'utilisation exclusive du CO₂-neutre en termes de consommation d'énergie.

La transition sera plus difficile pour l'industrie chimique. En effet, alors que de nombreux autres secteurs industriels doivent avant tout se préoccuper de leur efficacité énergétique, l'industrie chimique doit encore faire face à la question des matières premières. "Les polymères, les matières plastiques, les fibres textiles synthétiques et les médicaments contiennent du carbone. Celui-ci doit bien venir de quelque part", explique Marco Mazzotti, professeur de génie des procédés à l'ETH Zurich. Actuellement, ce carbone provient en grande partie du pétrole et du gaz naturel. Lors de la production, et lorsque les produits chimiques en fin de vie sont br?lés ou décomposés, il y a un dégagement de CO₂.

Mazzotti, en collaboration avec des collègues de l'ETH Zurich et de l'Université d'Utrecht, a maintenant identifié différentes approches pour réduire les émissions nettes de CO₂-Les chercheurs ont comparé de manière systématique, chiffres concrets à l'appui, les différentes approches visant à réduire à zéro les émissions de CO2 de l'industrie chimique. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé la production de méthanol comme étude de cas. Les principales conclusions de la nouvelle étude sont les suivantes : l'objectif zéro net est également réalisable pour l'industrie chimique. Toutes les approches étudiées pour atteindre l'objectif présentent toutefois, outre des avantages, des inconvénients qui se manifestent différemment dans les différentes régions du monde. Et toutes ces approches nécessitent plus d'énergie (sous forme d'électricité) que les modes de production actuels.

CO₂ capter ou utiliser la biomasse

- Une approche prévoit de continuer à utiliser les matières premières fossiles, de réduire les émissions de CO₂-et de les stocker dans le sous-sol (Carbon Capture and Storage, CCS). Cela aurait le grand avantage de ne pas devoir modifier les processus de fabrication industriels actuels. Toutefois, cela nécessite des sites de stockage géologiquement adaptés, par exemple des couches sédimentaires profondes contenant de l'eau salée. De tels sites n'existent pas partout dans le monde.

- Dans une autre approche, l'industrie produirait à l'avenir du carbone à partir du CO₂qui était auparavant capturé dans l'air ou dans les gaz industriels (Carbon Capture and Utilisation, CCU). L'hydrogène nécessaire aux produits chimiques serait obtenu à partir de l'eau gr?ce à l'électricité. Les processus de production seraient ainsi fortement modifiés, de grandes parties de l'infrastructure industrielle devraient être reconstruites. De plus, cette approche nécessite une quantité d'électricité extrêmement importante - six à dix fois plus que la variante CCS. "Cette approche n'est possible que dans les pays qui ont un marché du carbone.₂-neutre", explique le professeur Mazzotti de l'ETH. "Nous montrons clairement : Si l'on utilisait pour cela en grande partie de l'électricité produite par des centrales à charbon ou à gaz, cette approche serait même nettement plus mauvaise pour le climat que le mode de production actuel basé sur les matières premières fossiles".

- Enfin, il serait également possible d'utiliser la biomasse (plantes oléagineuses, plantes sucrières, bois) comme matière première pour l'industrie chimique. Cette approche nécessite moins d'électricité que les autres, mais extrêmement de terres pour cultiver les plantes : Par rapport aux autres approches, il faut 40 à 240 fois plus de terres.

L'avenir du transport aérien

La production de carburants fait appel à des procédés similaires à ceux utilisés pour la production de méthanol sur laquelle se base cette étude. C'est pourquoi ce travail a également un impact sur les discussions relatives aux futurs carburants aéronautiques, comme le souligne Mazzotti. "On entend souvent dire - y compris par des spécialistes - que le seul moyen pour l'aviation de réduire les émissions de CO₂-Pour devenir neutre en carbone, il faudrait utiliser des carburants synthétiques", explique le professeur de l'ETH. "Mais ce n'est pas vrai : la production de carburants synthétiques est extrêmement gourmande en énergie. Si l'on utilise pour cela de l'électricité produite par des centrales à charbon ou à gaz, les carburants synthétiques auraient même un impact plus important sur le CO₂-empreinte carbone que les carburants fossiles. L'étude montre qu'il existe au moins deux alternatives valables aux carburants synthétiques : L'aviation pourrait continuer à utiliser des carburants fossiles si les émissions de CO₂ soit capté ailleurs dans l'air et stocké. Ou alors, on pourrait produire les carburants à partir de la biomasse.

Ce travail de recherche a été soutenu par le "Swiss Competence Center for Energy Research - Efficiency of Industrial Processes" (SCCER-EIP) et par l'Office fédéral de l'énergie.