Exemple de réussite du CSIC en matière de captage de CO2 par carbonatation/calcination

présenté par l’Office espagnol des brevets et des marques

Un des grands problèmes de notre planète : les émissions de CO2

Les émissions de CO2 et leur accumulation dans l’atmosphère sont à l’origine du réchauffement planétaire et de l’augmentation de la température moyenne de l’atmosphère terrestre et des océans qui s’ensuit.

Selon le dernier rapport spécial “Réchauffement planétaire de 1,5 °C” du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) mis sur pied par l’Organisation météorologique mondiale (OMM) et le Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE), le captage et le stockage du dioxyde de carbone (CSC) demeurent un outil clé pour décarboniser les secteurs industriels difficiles à électrifier – comme ceux du ciment ou de l’acier – et parvenir à des émissions négatives pour certains processus alimentés par la biomasse renouvelable.

Pionniers mondiaux en matière de réactions réversibles à très haute température pour le captage du CO2

Le procédé de captage du CO2 suppose de le séparer du reste des gaz émis par les procédés industriels avant de le stocker sous terre, dans des gisements épuisés de pétrole ou de gaz, dans des conditions supercritiques. Une petite partie du flux capté de CO2 pourrait également servir à alimenter de nouveaux procédés de fabrication de produits contenant du carbone, ce qui permettrait d’éviter l’extraction de combustibles fossiles nécessaire à cette fin.

Une famille de procédés de captage de CO2 très prometteuse repose sur la réaction réversible de carbonatation/calcination de CaO/CaCO3, dans laquelle on utilise l’oxyde de calcium (CaO) pour capter le CO2, sous forme de carbonate de calcium (CaCO3), pour ensuite le libérer en calcinant le CaCO3 dans des conditions de concentration élevée de CO2 (en brûlant un combustible contenant de l’O2 pur ou en apportant de la chaleur de manière indirecte au calcinateur).

L’application de ces réactions réversibles à très haute température aux fins de procédés à haut rendement énergétique est relativement récente. Le Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) a été l’un des pionniers dans ce domaine à l’échelle mondiale, aussi bien au niveau de l’Institut de science et technologie du carbone (INCAR-CSIC) que de l’Institut de carbochimie.

Les nombreuses années de recherche ont porté leurs fruits, sous forme de brevets, de travaux scientifiques et d’une usine pilote située à La Pereda.

Après plusieurs années de recherche fondamentale, le CSIC a déposé en 2002 une demande de brevet (ES2192994A1) dans laquelle on envisage d’utiliser la chaleur générée lors de la réaction endothermique dans la chambre de combustion du calcinateur pour régénérer le sorbant, au travers de parois métalliques séparant la chambre de combustion du calcinateur ou au moyen d’un solide inerte circulant entre les deux chambres.

Le CSIC est à l’origine d’une demi-douzaine de brevets en vigueur, élargis à l’international, qui portent sur de nouveaux procédés ou sur l’amélioration de procédés existants.

Ses chercheurs ont publié plusieurs des travaux scientifiques les plus cités dans ce domaine, y compris concernant les premiers résultats au monde dans une usine pilote en continu de 30 kW. Ces résultats ont débouché sur la création du groupement d’intérêt économique LA PEREDA entre le CSIC et deux entreprises espagnoles du secteur énergétique – ENDESA et HUNOSA – en vue de la mise au point et de la mise en œuvre de ces technologies dans une usine de 1,7 MW située à La Pereda (Asturies, Espagne / photo jointe).

Plus tard, l’entreprise américaine Foster Wheeler a acquis une partie des droits d’exploitation de ces technologies, faisant office de technologue dans le cadre du projet de groupement d’intérêt économique LA PEREDA.

L’usine pilote de La Pereda, comptant des contrats actifs de 2009 à 2019 et accumulant plus de 4000 heures d’essais, est la plus grande et la plus active du monde dans le domaine de la carbonatation-calcination.

Une variante du procédé pour biomasse (brevet ES2339733A1 de l’entreprise Naturgy), qui permet la production d’électricité à émissions négatives, a été mise au point en parallèle dans une usine pilote de 400 kW à la centrale thermique de La Robla (province de León, Espagne).

Ces dernières années en Europe, face au grand succès et à la pénétration de l’électricité renouvelable, l’intérêt porté aux technologies de captage et stockage du dioxyde de carbone s’est affaibli dans le secteur de la production d’électricité. Les technologies CSC demeurent néanmoins une priorité européenne pour les secteurs industriels difficiles à électrifier, comme celui du ciment – secteur dans lequel le CSIC mène des recherches dans le cadre du projet Cleanker – et celui de l’acier, dans lequel le CSIC va porter sa technologie brevetée (PCT/ES2010/070585) au niveau de maturité technologique TRL 7 à une usine d’ArcelorMittal, dans le cadre du projet européen C4U.

Le Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) est un organisme d’État axé sur la recherche scientifique et le développement technologique en Espagne, qui a pour objectif de stimuler, coordonner, développer et diffuser la recherche scientifique et technologique, selon une démarche multidisciplinaire, dans le but de faire progresser les connaissances et de contribuer au développement économique, social et culturel.

Le CSIC, au travers de ses 120 centres répartis sur tout le territoire national, mène des recherches dans tous les domaines scientifiques et technologiques. Il s’agit du premier déposant de demandes de brevet en Espagne, du premier déposant espagnol de demandes de brevet européen et de demandes internationales de brevet (selon le PCT), et de la troisième entité publique européenne pour ce qui est du nombre de brevets européens.

Au cours des cinq dernières années, le CSIC a concédé 437 technologies sous licence en vue de leur exploitation sur le marché, dont 216 étaient protégées par brevet.