Stockage des émissions de CO2 industrielles couplé à la production de chaleur

Votre industrie émet moins de 150 000 tonnes de CO2 par an et vous souhaitez décarboner vos activités ? Il peut être possible de capter et stocker vos émissions de CO2 dans le sous-sol de votre site, tout en produisant de la chaleur grâce à une technologie innovante développée au BRGM.
Schéma d’un dispositif de stockage de CO2

Schéma d’un dispositif de stockage de CO2 intégré dans un puits géothermique permettant la dissolution du CO2.

© BRGM

Vos enjeux et besoins

Dans le cadre de la lutte contre le changement climatique, la réduction des émissions industrielles de gaz à effet de serre (GES) représente un enjeu majeur. Le captage et le stockage géologique des émissions ultimes de CO2 (CSC) apparaît comme une solution incontournable pour atteindre les objectifs de neutralité carbone.

L’approche classique du stockage géologique de CO2 sous forme gazeuse dense (supercritique), adaptée aux gros émetteurs, permet de stocker plusieurs millions de tonnes de CO2 par an mais reste complexe à mettre en œuvre en termes de faisabilité technique et économique (choix du réservoir, étanchéité, sécurité, pérennité du stockage, transport du CO2 jusqu’au lieu d’injection...) et n’est pas forcément adaptée aux petits émissaires.

C’est pourquoi le BRGM a développé une technologie innovante appelée CO2-DISSOLVED couplant le piégeage du CO2 et la production de chaleur qui est particulièrement pertinente à l’échelle des territoires. En France, 12% des émissions industrielles nationales pourraient ainsi être évitées avec cette technologie de stockage alternative. Plus de 400 sites industriels seraient potentiellement compatibles !

Localisation des sites potentiellement compatibles avec la technologie CO2-DISSOLVED en France

Localisation des sites potentiellement compatibles avec la technologie CO2-DISSOLVED en France : (437 sites au total, d’après les données 2017).

© BRGM

Notre valeur ajoutée

Le BRGM contribue depuis près de 30 ans aux travaux de recherche sur le stockage géologique du CO2, en particulier dans les aquifères salins profonds. Depuis 2012, il a développé et acquis une solide expérience dans l’étude de faisabilité technico-économique d’une solution de CSC associée à la récupération d’énergie géothermique (procédé CO2-DISSOLVED) permettant :

  • D’intégrer la solution sur un site industriel existant en apportant un double bénéfice environnemental, grâce à la réduction des émissions de CO2 liées à l’activité industrielle couplée à la production d’une énergie renouvelable très largement décarbonée ;
  • De répondre localement aux besoins de chaleur de l’industriel émetteur ou de son voisinage immédiat en intégrant directement la chaleur produite dans la chaine de production ou en alimentant un réseau de chaleur ;
  • De répondre aux besoins de petits émetteurs industriels de CO2(moins de 150 000 t CO2 /an), disséminés sur le territoire et pour lesquels le CSC “classique” n’est pas adapté.

Ces travaux s’appuient notamment sur :

  • L’identification et la caractérisation d’un réservoir aquifère continu et adapté : accessibilité (entre 1 000 et 2 000 m), perméabilité, débit d’eau, température (entre 50°C et 80°C), nature des roches ;
  • La simulation numérique de scénarios d’injection et de stockage afin d’évaluer l’impact du CO2 dissous sur le réservoir géothermique et le milieu selon les paramètres opérationnels de l’installation envisagée ;
  • La possibilité d’'intégrer une solution de captage innovante du CO2 par voie aqueuse, en vue de maximiser l’efficacité de la récupération du CO2 contenu dans les fumées et de sa réinjection en doublet géothermique ;
  • L’établissement d’une méthodologie d’évaluation des risques et de suivi des opérations d’injection.

Moyens techniques et numériques

Quelques références

  • Projets de recherche successifs (2013-2020), dont deux avec le groupement d’intérêt scientifique Géodénergies ;
  • Pré-études de potentiel ou de préfaisabilité appliquées à des secteurs industriels divers (incinération d’ordures ménagères, sucreries, cimenteries, production de verre, centrales thermiques) ;
  • Etude d’opportunité pour la Région Centre-Val de Loire ;
  • Préparation des premiers tests d’injection de CO2 dissous dans un doublet géothermique d’Ile-de-France.

CO2 Dissolved : stockage et captage du dioxyde de carbone

CO2 Dissolved est un nouveau concept de stockage et de captage du dioxyde de carbone développé par le BRGM et ses partenaires depuis 2012.

© BRGM

CO2-Dissolved est un nouveau concept de Captage et de Stockage du dioxyde de Carbone (ou CO2) développé par le BRGM et ses partenaires depuis 2012. Particulièrement bien adapté aux industries faiblement émettrices de CO2, CO2-Dissolved leur offre une solution pour éliminer ou réduire significativement leur empreinte carbone.

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 °C).

L’eau chaude de l’aquifère va d’abord être pompée par un puits jusqu’en surface afin d’en récupérer l’énergie, ce qui permet par exemple d’alimenter un réseau de chaleur et de chauffer des habitations. Ainsi débarrassée de ses calories, l’eau refroidie va ensuite être utilisée pour y dissoudre le CO2 préalablement capté des fumées de l’usine. Eau froide et CO2 dissous sont enfin réinjectés dans le même réservoir via un second puits.

Ce cycle de pompage/réinjection à l’aide d’un ensemble de deux puits (appelé doublet) fonctionne en continu comme dans une installation géothermique profonde classique, très largement répandue en Ile-de-France. La différence est donc ici l’ajout du CO2 sous forme dissoute dans l’eau de réinjection, à une concentration maximale d’environ 50 kg de CO2 par m3 d’eau.

Les calculs réalisés montrent qu’il serait ainsi possible de stocker jusqu’à 80 à 150 000 tonnes de CO2 par an et par site. En France, plus de 400 sites industriels faiblement émetteurs de CO2 et dont le sous-sol possède des ressources géothermiques ont été identifiés. La mise en œuvre de CO2-Dissolved pourrait ainsi y être envisagée. Si elle était effective sur la totalité des sites compatibles, cela permettrait d’éviter l’équivalent des émissions de CO2 annuelles de 12 millions de voitures.

CO2-Dissolved offre donc un double bénéfice environnemental et économique en réduisant, d’une part, les émissions de CO2 industrielles tout en produisant, d’autre part, une énergie propre et renouvelable.

Cette technologie apporte une solution aux petits émetteurs industriels dispersés sur le territoire, en leur permettant de réduire leur empreinte carbone, contribuant ainsi à répondre à l’enjeu majeur de la lutte contre le changement climatique.

Usine sidérurgique, Pays-Bas

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