The GEOCO2 project studied the potential for combining CO2 storage with geothermal energy production in the Centre-Val de Loire region, using the CO2-Dissolved technology currently being developed by BRGM.
6 December 2021

GEOCO2: capturing and storing CO2 in the Centre-Val de Loire region

The GEOCO2 project assessed the potential of combining CO2 capture and storage with geothermal heating in the Centre-Val de Loire region, using the CO2-Dissolved technology currently under development. The objective is to reduce CO2 emissions in the region while producing renewable, low-carbon energy.

© BRGM

L'objectif du projet GEOCO2 est d'évaluer le potentiel de mise en œuvre dans la région Centre-Val de Loire d'une nouvelle technologie de captage et stockage de CO2, qu'on appelle CO2-Dissolved, qui permettra de réduire les émissions de CO2 industrielles de la région tout en produisant une énergie renouvelable et décarbonée. Le principe consiste à stocker le CO2 dans le sous-sol profond sous forme entièrement dissoute dans l'eau d'un réservoir aquifère. Cette eau est salée et impropre à la consommation, mais elle a aussi l'avantage d'être naturellement chaude, entre 40 et 90 degrés typiquement. L'eau chaude de l'aquifère va d'abord être pompée par un puits jusqu'en surface pour récupérer l'énergie, ce qui peut permettre, par exemple, d'alimenter un réseau de chaleur et de chauffer des habitations. Une fois débarrassée de ses calories, cette eau refroidie est réinjectée dans le même réservoir, mais en y adjoignant le CO2 préalablement capté des fumées d'une usine et en le dissolvant dans cette eau de réinjection jusqu'au réservoir profond. Donc ce cycle de pompage-réinjection, à l'aide d'un ensemble de deux puits qu'on appelle doublet, fonctionne en continu, comme dans une installation géothermique profonde classique, très largement répandue, par exemple, en Ile-de-France. La différence est donc ici l'ajout de CO2 sous forme entièrement dissoute dans l'eau de réinjection à une concentration maximale qui ne devra pas dépasser 50 kg de CO2 par m2 d'eau. Cette limite dans la quantité de CO2 qu'on peut dissoudre dans l'eau, fait que cette technologie est particulièrement bien adaptée aux industries faiblement émettrices de CO2 en leur offrant ainsi une solution pour éliminer ou réduire significativement leur empreinte carbone.

Afin de déterminer les sites potentiellement compatibles avec le projet CO2-Dissolved en Centre-Val de Loire, nous avons élaboré des cartes interactives nommées SIG dans lesquelles on a combiné l'ensemble des données publiques d'intérêt pour le projet. Dans un premier temps, on a représenté sur ces cartographies les sites industriels qui émettent plus de 10 000 tonnes de CO2 par an grâce à la base de données des émissions polluantes. Comme on peut le voir sur cette carte, il y a une quarantaine d'industriels assez bien répartis dans la région Centre-Val de Loire, qui émettent plus de 10 000 tonnes de CO2 par an. En moyenne, on a plutôt de petits émetteurs qui émettent 38 000 tonnes de CO2 par an et on a 4 ou 5 gros industriels qui émettent plus. Pour chacun de ces sites, on peut voir l'émission de dioxyde de carbone annuellement, tels qu'ils sont enregistrés dans la base de données. Dans un deuxième temps, on a superposé à l'ensemble des informations sur les sites industriels émetteurs de CO2 les informations liées aux caractéristiques intrinsèques du sous-sol, et plus particulièrement sur 5 aquifères profonds. Si on prend l'exemple des calcaires du Dogger, on peut afficher les informations géologiques, par exemple, des failles, l'ensemble des captages d'alimentation en eau potable, qui sont des eaux dans lesquelles on ne pourra pas implémenter le projet CO2-Dissolved. Puis, des caractéristiques intrinsèques du réservoir, par exemple, celles de la température. On a là une trentaine de degrés de différence entre le sud-est de la région et le nord-est, qui est liée à la profondeur du réservoir. Cet outil désormais accessible en ligne a permis de démontrer l'adéquation entre des ressources géothermales avérées et largement sous-exploitées en région Centre-Val de Loire et de petits émetteurs de CO2. Pour que le projet trouve sa pertinence technique et économique, il propose un double usage du sous-sol. D'une part, le stockage de CO2 dissout, ainsi que la valorisation énergétique de l'eau extraite du réservoir à travers la production de chaud et de froid via des systèmes thermodynamiques comme les pompes à chaleur ou les thermofrigopompes. Chaque fois qu'il y a adéquation entre la ressource géothermale et les eaux en surface, la géothermie pourrait permettre de desservir des réseaux de chaleur et/ou de froid urbains, pour le tertiaire et l'habitat par exemple, mais aussi des processus industriels, de la pisciculture, des serres, des centres aqualudiques, etc.

Du point de vue du développement économique, CO2-Dissolved présente de nombreux intérêts. Pour construire les infrastructures, les réseaux de chaleur associés, les entretenir, la maintenance, l'exploitation générale des outils, et puis, toutes les activités qui vont venir se greffer à proximité directe de ces installations. Ensuite, cette technologie est intéressante pour aider les entreprises à décarboner leur activité. Cette technologie va permettre de remplir nos engagements locaux ou internationaux en matière de réduction d'émissions de gaz à effet de serre. Enfin, ce sont des équipements qui vont permettre de favoriser l'attractivité territoriale. De futures entreprises vont s'installer dans le territoire et vont bénéficier d'une technologie innovante et performante qui va leur permettre de remplir leurs objectifs en matière de transition écologique et énergétique.

Les outils logiciels qui ont été développés dans le cadre de ce projet GEOCO2 contiennent un grand nombre de données, d'informations sur le sous-sol et sur les caractéristiques des émetteurs industriels régionaux. Ils pourraient être utilisés par la région, les départements ou les communes ultérieurement pour aider à la prise de décision sur le choix d'un site pour implanter une nouvelle usine émettrice de CO2 avec la possibilité de choisir un endroit qui serait compatible avec la technologie CO2-Dissolved. Les contacts que nous avons pris dans le cadre de ce projet avec un certain nombre d'industriels de la région montrent qu'il y a un vrai intérêt pour une technologie adaptée à leur problématique de décarbonation de leur activité. Dans ce sens-là, on pense que CO2-Dissolved pourrait être une solution susceptible d'intéresser pour peu qu'il y ait un intérêt aussi du côté régional et collectivités locales. En parallèle de ce projet GEOCO2, les équipes du BRGM et ses partenaires continuent de travailler au développement de la technologie de sorte que dans une échéance de 3 à 5 ans on peut raisonnablement penser qu'on sera capables de mettre en place CO2-Dissolved sur un site industriel en région Centre-Val de Loire.

The CO2-Dissolved technology aims to reduce CO2 emissions while producing renewable, low-carbon energy. The principle is as follows: hot geothermal water is pumped up from deep aquifers to be used as a renewable energy source. The CO2 emitted by factories is captured and then dissolved in the geothermal water – after its energy has been used – to heat the factory buildings, for example. This water is then returned to the ground, in order to store the CO2 and reduce greenhouse gas emissions.

This technology, which is currently being developed by BRGM and its partners, is particularly well suited to industries with low CO2 emissions.

As part of the GEOCO2 project, BRGM cross-referenced data from industrial sites that emit more than 10,000 tonnes of CO2 a year with subsurface data concerning the geothermal potential in the area. These studies highlighted various interesting areas in which this technology could be exploited in the Centre-Val de Loire region.