Pourquoi il est temps de jeûner

La technologie de captage, d'utilisation et de stockage du carbone (CCUS) n'est pas nouvelle et elle a été très décriée et négligée. Pourtant, Daniel Hofmann de Siemens Energy dit que cela est en train de changer. Il explique pourquoi et plaide également en faveur du CCUS en tant que technologie « sans regrets » essentielle pour atteindre les objectifs en matière de changement climatique et pour des centrales électriques à l'épreuve du temps.

Teesside abritait autrefois le premier chemin de fer public à vapeur au monde et le cœur industriel du Royaume-Uni, avec une fabrication de fer, d'acier et de produits chimiques datant du début des années 1800.

Deux cents ans après sa naissance industrielle, cette région du nord-est de l'Angleterre sera bientôt à la pointe de la révolution industrielle verte.

Ce sera l'emplacement d'un nouveau projet révolutionnaire qui peut être considéré comme un phare pour les centrales électriques modernes avec capture de carbone.

Net Zero Teesside Power (NZT Power) est une centrale électrique au gaz à l'échelle commerciale, la première du genre, composée d'une centrale électrique à cycle combiné de 860 MW, avec une turbine à gaz de classe H, intégrée avec capture, utilisation et stockage (CCUS).

L'usine sera située dans le cluster de la côte est, un ensemble d'entreprises industrielles, énergétiques et d'hydrogène à travers Teesside et le Humber qui visent également à décarboniser leurs opérations avec CCUS.

Le projet a reçu le feu vert du gouvernement britannique en mars 2023 et une décision finale d'investissement est attendue en 2024.

Cet article fait partie de la série "Future Energy Perspectives", dans laquelle des experts de Siemens Energy partagent leurs idées sur la manière dont nous pouvons évoluer vers un système énergétique décarboné.

Le CCUS fait référence à une suite de technologies capables de capturer le CO2 de grandes sources ponctuelles. En termes simples, il s'agit d'un processus en trois étapes : le dioxyde de carbone est produit par la production d'électricité ou l'activité industrielle est captée ; s'il n'est pas utilisé sur place, il est transporté par un réseau de canalisations ou à travers la terre ; et enfin, il est stocké profondément sous terre.

Ce qu'il n'est pas, c'est nouveau.

Certaines installations exploitent le CCUS depuis les années 1970 et 1980 et, aujourd'hui, la technologie capture actuellement 45 Mt de CO2 par an dans le monde.

Néanmoins, comme le note l'Agence internationale de l'énergie, le déploiement de CCUS est loin derrière ce qui est requis dans le scénario zéro net. Même si l'on considère tous les projets en cours, quelque 300 à divers stades de développement. Cela ajoute à la pertinence de NZT Power. Conçue pour un démarrage rapide, la centrale produira suffisamment d'électricité pour alimenter 1,3 million de foyers.

Quatre-vingt-quinze pour cent de toutes les émissions produites – environ deux millions de tonnes de CO2 par an – seront capturées, séchées et comprimées.

L'infrastructure commune fournie par le Northern Endurance Partnership transportera ensuite le CO2 capturé de NZT et d'autres projets de décarbonisation au sein du cluster de la côte est pour sécuriser un stockage géologique à 145 km au large de la mer du Nord.

Le projet contribuera à soutenir l'engagement du gouvernement britannique à décarboner complètement son système électrique d'ici 2035 et à fournir des emplois et un bénéfice brut annuel pouvant atteindre 450 millions de livres sterling (557 millions de dollars) pour la région. Il devrait être achevé vers 2027.

Il est juste de se demander pourquoi le CCUS est-il nécessaire alors que les énergies renouvelables sont déployées rapidement et à grande échelle ?

La réponse est simple. Environ 80 % de la consommation mondiale d'énergie repose actuellement sur les combustibles fossiles et l'électricité dispatchable. Étant donné que la demande devrait augmenter de près de 50 %, il n'est pas pratique de remplacer immédiatement tout le gaz par des énergies renouvelables. Outre le CCUS, une autre méthode de décarbonation de la production d'électricité conventionnelle consiste à utiliser l'hydrogène renouvelable et d'autres carburants verts (c'est-à-dire l'e-ammoniac et l'e-méthanol).

Cependant, aucun ne devrait être abordable pour le secteur de l'électricité pendant un certain temps, la plupart des approvisionnements commerciaux étant susceptibles d'être d'abord absorbés par d'autres secteurs.

De plus, l'énergie à faible émission de carbone dispatchable, telle que l'électricité au gaz avec CCUS, peut soutenir une augmentation de l'énergie renouvelable intermittente.

Il offre une flexibilité et une production de secours au mix énergétique - cruciales pendant les périodes où le vent ne souffle pas et le soleil ne brille pas.

Compte tenu de cela, jusqu'à ce que le monde atteigne de nouveaux niveaux d'efficacité énergétique et passe complètement à un système d'énergie renouvelable et de stockage, il est clair que le CCUS est un élément essentiel de l'équation de décarbonisation.

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La technologie de captage du carbone la plus aboutie est l'absorption à base d'amines. Il peut capter jusqu'à 95 % des émissions de carbone et est considéré comme économiquement déployable en Europe et aux États-Unis.

Il fonctionne grâce aux gaz de combustion - le mélange de gaz produits par la combustion du carburant dans les centrales électriques - qui sont introduits dans une colonne d'absorption.

Ici, un solvant à base d'amine élimine le CO2. Le solvant riche en CO2 est ensuite introduit dans un régénérateur, à une température de 120 degrés Celsius, pour inverser le processus. Cela produit du CO2 pur et du solvant régénéré. Le premier est transporté pour être utilisé ou stocké et le second est renvoyé vers la colonne d'absorption.

Pour déployer la technologie dans une centrale électrique à cycle combiné, il y a quelques considérations techniques. Par exemple, la configuration restera la même, mais la turbine à vapeur devra être en partie adaptée. Les rénovations et les friches industrielles doivent être modernisées et rénovées, souvent avec une nouvelle turbine à vapeur installée. Étant donné que la vapeur est utilisée dans le processus de capture et de séparation, les opérateurs doivent également déterminer d'où elle proviendra.

De plus, le processus produit de la chaleur qui peut être utilisée dans l'usine ou pour chauffer les infrastructures adjacentes via des pompes à chaleur.

Enfin, un système de contrôle est nécessaire, éventuellement un système qui intègre le système d'alimentation et le CCUS pour travailler ensemble.

Côté stockage, la localisation est un facteur déterminant. Tous les pays exportateurs de pétrole et de gaz ont le potentiel d'utiliser des puits de gisements de pétrole hors d'usage ; l'utilisation du carbone pour la récupération assistée du pétrole se fait aux États-Unis depuis des années, représentant environ 5 % de la production pétrolière du pays.

Il existe également la possibilité d'un stockage dans des aquifères salins, comme cela s'est produit avec succès dans le cadre du projet de capture et de stockage du carbone du champ gazier de Sleipner depuis la fin des années 1990.

Sur le site, environ un million de tonnes de CO2 capturées par an sont stockées dans le grès d'Utsira, une formation aquifère saline de grès étendu et très poreux rempli d'eau salée.

À l'avenir, il est possible que des technologies CCUS plus avancées soient disponibles ; les ingénieurs proposent fréquemment de nouvelles chimies et approches de capture. Celles-ci peuvent inclure une recirculation de gaz améliorée pour améliorer l'efficacité de l'installation de captage et des réacteurs améliorés avec un meilleur échange des médias de lavage et des gaz de combustion.

Pour la réalisation de projets CCUS, une chose est claire ; le déploiement de ces solutions nécessite l'expertise et la collaboration de différentes entreprises.

En fait, la majeure partie de l'industrie adopte déjà une approche de partenariat, y compris le cluster de la côte Est.

BP, l'opérateur de NZT Power et du Northern Endurance Partnership, travaille avec Siemens Energy, le fournisseur de capture de carbone Aker Solutions/Aker Carbon Capture, et la société de conception et de construction de projets Doosan Babcock, pour fournir l'une des deux solutions complètes d'ingénierie frontale compétitives. packages de conception, qui devraient être achevés dans les mois à venir. Le consortium sélectionné travaillera à la construction du projet.

Siemens Energy n'offre pas de technologie de capture du carbone ; cependant, il peut construire la centrale électrique, s'associer avec ceux qui construisent la centrale de captage et intégrer les deux technologies ensemble. Il propose également des technologies de compression nécessaires pour certains modèles de capture et pour le transport et la séquestration.

L'approche de partenariat peut également s'avérer utile lors de la résolution de problèmes, une partie inévitable du processus à mesure que la technologie est déployée dans le monde réel.

Aujourd'hui, comment déployer économiquement le CCUS est devenu une question plus importante que la validité de la technologie.

Les gouvernements commencent timidement à peser de tout leur poids derrière le processus.

Le Royaume-Uni adopte une approche de pointe. Le Northern Endurance Partnership crée l'infrastructure de transport et de stockage, ce qui signifie que tous les projets capturant du CO2 - grands ou petits - ne seront pas responsables d'investir dans cette phase, améliorant ainsi l'économie de ces projets.

De plus, le Dispatchable Power Agreement sur mesure pour la centrale électrique CCUS est conçu pour encourager la disponibilité d'une capacité de production dispatchable à faible émission de carbone et non dépendante des conditions météorologiques en offrant un « paiement de disponibilité ».

Cela peut également aider à accélérer les projets en offrant une certitude en matière de revenus.

Voyant les avantages évidents, d'autres régions se tournent également vers l'approche des clusters.

En Allemagne, où les objectifs climatiques ont remis le CCUS sur la table, le gouvernement élabore une stratégie de gestion du carbone pour le stockage et l'utilisation du CO2. Il se tourne également vers l'approche des grappes industrielles pour réaliser des économies d'échelle.

La Norvège cible également les industries lourdes et cherche à développer une infrastructure d'accès ouvert avec la capacité de stocker des volumes importants de CO2 provenant de tout le continent.

Bien sûr, il y a encore des incertitudes et des défis à surmonter ; il sera probablement nécessaire de transporter du carbone au-delà des frontières, notamment en Europe, ce qui peut poser des problèmes.

De plus, certains pays, comme l'Allemagne, sont historiquement opposés au stockage national du carbone.

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Il y a cependant une certitude. L'industrie a besoin de stabilité pour prospérer. Les projets avec de longs délais d'exécution qui coûtent des centaines de millions ne pourront pas faire face à l'évolution de la législation et des conditions limites.

De nombreux projets ont déjà échoué simplement parce que, soudainement, quelque chose a changé. La stabilité est ce que recherche l'industrie, mais malheureusement, ce n'est pas encore une réalité ; les changements se produisent plus rapidement qu'au cours des dernières décennies.

Peut-être que, à certains égards, c'est une bonne chose, compte tenu de la direction dans laquelle ils se dirigent - vers une décarbonation plus rapide. Néanmoins, dans cet environnement, les premiers arrivés risquent d'être nerveux.

Il y a des signes que le navire est prêt à se stabiliser, cependant.

Bien qu'elles soient parfois sujettes à des changements importants, les prévisions concernant le prix du système européen d'échange de quotas d'émission sont sur une tendance à la hausse. On pourrait dire qu'ils sont déjà là où ils doivent être pour justifier l'investissement dans les technologies CCUS.

La pression publique et politique en faveur de la décarbonation est susceptible de se renforcer avec des politiques telles que le futur mécanisme d'ajustement carbone aux frontières, qui fixe un prix sur le carbone pour certains biens entrant dans l'UE, et est synchronisé avec la suppression progressive des quotas gratuits dans le cadre du système d'échange de quotas d'émission. Schème.

Actuellement, 94 % des émissions industrielles sont couvertes par des quotas gratuits, ce qui a atténué le signal du prix du carbone, réduisant ainsi l'incitation à investir dans des technologies telles que le CCUS.

De plus, le financement gouvernemental devient disponible pour les projets CCUS : aux États-Unis, le crédit d'impôt s'élève à près du double pour le CO2 capté par les centrales électriques et industrielles ; au Royaume-Uni, 20 milliards de livres sterling (24,8 milliards de dollars) de financement public ont été affectés.

Ces politiques et initiatives peuvent aider à réduire les risques des projets et à réduire considérablement les coûts.

De plus, l'industrie peut continuer à apprendre des projets qui sont réalisés, réduisant les risques et les coûts globaux pour les prochains dans le pipeline.

À l'avenir, il est probable qu'il y aura à la fois de grands et de petits projets CCUS qui le mettront en ligne dans les années à venir.

Lorsque l'industrie aura eu le temps d'en faire le bilan, davantage d'investissements et de projets viendront et les coûts chuteront - une réduction estimée à 25 % est possible avec un déploiement accru.

Il est vital que ces projets se matérialisent. Fin mars, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat de l'ONU a émis son avertissement le plus sévère à ce jour ; agissez maintenant ou il sera trop tard pour répondre à l'ambition mondiale de limiter le réchauffement à 1,5 degré (au-dessus des niveaux préindustriels).

Le message est clair. La trajectoire de projet actuelle sur laquelle nous nous trouvons ne suffira pas. L'industrie doit agir aujourd'hui pour faire du CCUS à grande échelle une réalité. L'objectif de Paris pour le climat – et en fait, notre avenir – en dépendent.

• Le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS) peuvent capter jusqu'à 90 à 95 % des émissions de CO2 des centrales électriques à combustibles fossiles et sont économiquement déployables en Europe et aux États-Unis.• Le CCUS peut changer la donne car les combustibles fossiles sont encore alimentent 80 % de la consommation mondiale d'énergie, et les énergies renouvelables ne peuvent pas les remplacer immédiatement.• Le CCUS est la seule technologie de décarbonation pour l'électricité et l'industrie qui peut être utilisée à grande échelle aujourd'hui.• Le CCUS est un élément essentiel de l'équation de décarbonation jusqu'à ce que le monde puisse passer à un système d'énergie renouvelable et de stockage.• Le projet Net Zero Teesside Power au Royaume-Uni est en passe de devenir la première centrale électrique au gaz à échelle commerciale au monde avec captage du carbone. Les émissions de CO2 seront stockées profondément sous terre à 145 km au large de la mer du Nord.

A PROPOS DE L'AUTEUR

Daniel Hofmann est directeur de la R&D et de la gestion du portefeuille et de la gamme de produits chez Siemens Energy. Il couvre l'intégration des centrales sur l'ensemble du spectre de la production d'électricité conventionnelle. Au cours de ses 28 années dans l'industrie, il a travaillé dans la plupart des domaines de la production d'électricité, du pétrole et du gaz et de la décarbonisation. Il enseigne à l'Université d'Erlangen-Nürnberg.