Décarboniser 85 % de toutes les industries avec la technologie actuelle
Le secteur industriel contribue à environ 25 % des émissions mondiales de CO2, soit environ 9,3 milliards de tonnes métriques annuellement, et ce chiffre est en augmentation. Cependant, un groupe de l’Université de Leeds affirme que nous n’avons pas besoin de compter sur de nouvelles technologies révolutionnaires pour réduire de manière significative ces émissions.
Dans une récente publication dans la revue Joule, les chercheurs ont examiné divers secteurs industriels, évaluant les options de décarbonisation, évaluant leur potentiel de réduction des émissions et tenant compte de leur niveau de maturité technologique (TRL) – un indicateur de la proximité d’une technologie particulière à être prête pour une adoption généralisée.
Les chercheurs ont découvert qu’en mettant en œuvre des options avec des niveaux de maturité moyens et élevés (TRL 6-9), principalement centrées sur la capture et le stockage du carbone (CSC), ou en passant à l’hydrogène ou à la biomasse comme carburant, la majorité des secteurs industriels sont capables d’atteindre une réduction moyenne de 85 % des émissions. Un aperçu concis est fourni ci-dessous, décrivant les domaines évalués, les technologies prêtes à être mises en œuvre et les domaines où des lacunes subsistent.
Industrie du fer et de l’acier
La majorité des processus de production de fer et d’acier utilisent des hauts-fourneaux et des fours à oxygène soufflé alimentés aux combustibles fossiles, employant du coke (charbon cuit) comme réducteur, ce qui entraîne environ deux tonnes d’émissions de CO2 par tonne d’acier produite.
Une approche alternative implique de substituer le coke par de l’hydrogène vert, qui peut également alimenter un four à arc électrique pour produire de l’acier vert. Certaines usines d’acier vert en activité, dont une fournit Volvo, ont déjà adopté cette méthode.
Même pour les sidérurgistes qui choisissent de conserver leurs installations de four existantes, l’étude suggère que la capture et le stockage du carbone (CSC) peuvent capturer 86 % des émissions de la sidérurgie, bien que cela s’accompagne d’une augmentation de 17 % de la consommation d’énergie. Des technologies émergentes telles que l’électrolyse sont également envisagées comme des alternatives potentielles.
Production chimique
L’industrie chimique pose un défi en raison de sa gamme diversifiée de produits, de processus, d’entrées et de réactions. Cependant, certains processus à haute émission, tels que la synthèse de l’ammoniac, ont des alternatives vertes établies.
Pour la production critique de blocs de construction chimiques par craquage à la vapeur, impliquant l’éthylène, le propylène, le butadiène, l’acétylène et les composés aromatiques, la transition vers des craqueurs électriques et à l’hydrogène est difficile. Selon l’évaluation de l’équipe, ces technologies ont atteint un niveau de maturité technologique (TRL) de 5, juste en dessous du seuil de coupure. Néanmoins, l’utilisation de la capture et du stockage du carbone (CSC) seul peut séquestrer environ 90 % des émissions actuelles, mais nécessite environ 25 % d’énergie supplémentaire.
Dans le cas du reformage à la vapeur pour la production de méthanol et d’hydrogène, les électrolyseurs sont une solution bien établie capable d’éliminer complètement les émissions de carbone. Cependant, cela représente un coût substantiel en termes d’électricité, avec une augmentation de 743 % de la consommation d’énergie par rapport aux méthodes actuelles. La CSC, bien que moins efficace dans ce scénario, peut toujours capturer 52 à 88 % des émissions des processus de production existants, nécessitant une augmentation d’environ 10 % de la consommation d’énergie.
Ciment et chaux
Les émissions de carbone prédominantes du ciment et de la chaux résultent des “émissions de processus”, qui semblent inévitables pour l’utilisation continue de ces composés. Par conséquent, une part importante de la réduction des émissions dans ce secteur dépendra de la capture et du stockage du carbone (CSC), bien que cela entraîne une “augmentation significative” des besoins énergétiques allant de 62 à 166 %.
En revanche, la transition des fours à chaux et à ciment pour fonctionner à l’hydrogène, à la biomasse ou à l’électricité pourrait éliminer jusqu’à 40 % des émissions totales du secteur sans impact significatif sur les besoins énergétiques.
Production d’aluminium
La majorité des émissions actuelles dans la production d’aluminium, environ les deux tiers, proviennent de l’utilisation d’électricité conventionnelle et polluante pour alimenter le processus d’électrolyse. Une solution simple consiste à passer à l’énergie verte. Pour traiter certaines des émissions restantes, qui sont liées au processus, il faut encourir une pénalité de consommation d’énergie de 20 % en utilisant des anodes inertes au lieu de celles en carbone dans les électrolyseurs.
Les 13 à 16 % finaux des émissions peuvent être éradiqués en adoptant des chaudières et des calcinateurs électriques ou alimentés à l’hydrogène dans le processus de raffinage de l’alumine, bien que ces technologies nécessitent encore un développement substantiel. Le recyclage de l’aluminium par le biais d’une voie de production secondaire établie émerge comme la méthode actuelle la plus propre et la plus efficace, réduisant les émissions de manière estimée à 95 %.
Pâte à papier et papier
Dans le domaine de la pâte à papier et du papier, où les émissions liées au processus ne sont pas une préoccupation, l’accent est mis sur la décarbonisation des systèmes de cogénération (CHP) et des chaudières. De plus, la mise en œuvre de diverses mesures d’efficacité peut réduire la consommation globale d’énergie. L’étude décrit également différentes approches de séchage du papier, chacune étant à différents stades de développement.
Verre
La principale source d’émissions dans la fabrication du verre est la chaleur du four. Passer à un four électrique ou à biocarburant peut entraîner une réduction de 80 % des émissions totales, les fours électriques contribuant même à une diminution de la consommation d’énergie de 15 à 25 % par rapport aux méthodes traditionnelles.
De plus, l’incorporation de plus de calcin et de matériaux d’entrée de verre recyclé offre une réduction potentielle supplémentaire de 5 % des émissions sans augmenter significativement les coûts de matières ou d’énergie.
Alimentation et Boissons
Similairement à la production chimique, le secteur de l’alimentation et des boissons est diversifié, avec une grande partie des émissions provenant de la vapeur utilisée dans les processus de chauffage et de séchage, ainsi que de la combustion directe de combustibles fossiles pour la cogénération (CHP). Divers processus prêts à être mis en œuvre tels que l’électrique, les biocarburants, l’hydrogène, les micro-ondes, les ultrasons, le solaire concentré, la géothermie et les méthodes UV sont disponibles.
Les obstacles industriels à la décarbonisation
Le thème dominant est clair : la majorité des émissions industrielles résultent de l’utilisation de la chaleur et de l’énergie, dont la plupart peuvent être électrifiées ou converties en combustibles propres, et des émissions liées aux processus, dont la plupart peuvent être capturées et stockées. Bien qu’il existe encore des lacunes technologiques, notamment dans les processus à haute température comme la céramique, une réduction de 85 % des émissions industrielles est réalisable avec les machines et techniques existantes.
Cependant, des défis persistent. L’électrification des processus seule est insuffisante si le réseau électrique reste intensif en carbone, car cela déplace simplement les émissions en amont. La transition vers des réseaux d’énergie propres et renouvelables à l’échelle mondiale devient encore plus difficile avec la demande accrue des processus électrifiés. Pour répondre à cette demande, les entreprises énergétiques doivent non seulement remplacer les capacités existantes, mais également produire considérablement plus d’énergie propre qu’auparavant.
Les processus reposant sur l’hydrogène nécessiteront une augmentation substantielle de la production mondiale d’hydrogène vert, ce qui exigera des énergies propres supplémentaires, le développement d’infrastructures et la logistique pour un stockage et un transport sûrs.
Les défis et les coûts de l’électrification de la décarbonisation industrielle
Même dans le secteur industriel, où les combustibles fossiles restent souvent plus économiques que l’électricité sur de nombreux marchés, l’électrification de ces cibles facilement décarbonisables peut entraîner une prime de coût opérationnel de 200 à 300 %. De même, la capture et le stockage du carbone peuvent devenir coûteux, ajoutant entre 10 et 250 dollars par tonne, selon la technologie et le processus de décarbonisation spécifique. Ceci s’ajoute aux mises à niveau de plusieurs millions de dollars de l’infrastructure électrique pour les entreprises nécessitant une puissance substantielle ; l’électrification de certaines opérations industrielles pourrait exiger une connexion au réseau à l’échelle du gigawatt.
Les chercheurs anticipent que cela pourrait entraîner une augmentation de 15 % des coûts de production mondiale de l’acier, une augmentation de 50 à 220 % des coûts des oléfines et des aromatiques, et une augmentation de 30 % des coûts du béton.
Cependant, si ces dépenses supplémentaires sont transférées aux consommateurs par le biais d’augmentations de prix, l’impact pourrait ne pas être sévère. Une étude de cas portant sur le Royaume-Uni suggère que “la décarbonisation industrielle conforme à l’objectif de zéro émission nette d’ici 2050 pourrait être réalisée avec une augmentation globale des prix à la consommation de moins de 1 %.”
Bien que le scénario actuel pose d’importants défis pour l’énergie propre, la viabilité économique du solaire et de l’éolien est solide, car les deux sont déjà très compétitifs en termes de coûts. De plus, des percées dans le forage ultra-profond pourraient débloquer d’importantes ressources en énergie géothermique dans le monde entier, aux côtés des progrès dans l’énergie nucléaire modulaire qui pourraient permettre une production d’électricité à grande échelle sur site.
Bien que le chemin à parcourir puisse comporter des difficultés, il semble de plus en plus plausible. Avec une orientation gouvernementale efficace, une planification commerciale stratégique et un rythme rapide d’avancée technologique, il y a de bonnes raisons d’être optimiste.
Lire l’article original sur : New Atlas
Pour en savoir plus : Le Véhicule Arcimoto À Trois Roues Électriques.
