La valorisation du CO2, pépinière d’innovations

Le CO2 prend du galon. Hier considéré comme un déchet ultime, ce dernier fait aujourd’hui l’objet d’une attention particulière de la part des industriels, en France et dans le monde entier. Ces derniers développent des technologies pour le capter, le valoriser, et le faire entrer dans le cycle de vie de nouveaux produits, qui seront en quelque sorte des puits de carbone. 

A l’heure actuelle, au niveau industriel, le CO2 est exploité pour deux usages principaux. D’abord pour la production d’urée (57%), puis pour la récupération assistée de pétrole. Les industries agroalimentaires et métallurgiques utilisent également du CO2, en plus faibles quantités.

Toute la difficulté de la valorisation du CO2 réside en deux mots : débouchés et énergie. En effet, développer des produits à base de CO2 est une chose, les vendre en est une autre. Il faudra que ces produits trouvent leur marché et soient compétitifs, pour être en mesure de créer une économie du CO2 la plus circulaire possible.

Aussi, l’industrialisation des technologies de valorisation du CO2 doit se faire sur un modèle énergétique pérenne : en effet, il est indispensable que la valorisation du CO2 ne soit pas plus énergivore que le gain réalisé grâce à son recyclage.

Ces deux défis constituent une barrière pour de nombreuses technologies de valorisation, pour le moment.

A l’heure actuelle, trois grandes voies de valorisation sont utilisées et développées.

La valorisation sans transformation

C’est l’une des voies les plus explorées, notamment par l’industrie pétrolière, pour la récupération assistée de pétrole. Cette technologie est industrialisée depuis les années 1970, et peut être considérée à la fois comme une voie de stockage et de valorisation, dans la mesure où une partie du CO2 injecté dans les puits d’hydrocarbures y est séquestrée.

Une autre voie de valorisation, sans transformation, est la géothermie profonde. Grâce à la chaleur contenue dans le sous-sol de la Terre, il est possible de générer de la chaleur sans émettre de grandes quantités de CO2. Concrètement, les industriels se servent du CO2 industriel pour l’injecter dans des failles géologiques profondes. Ces dernières sont ainsi stimulées et favorisent un brassage, qui peut faire remonter des eaux profondes chaudes. Comme pour la récupération assistée de pétrole, cette technologie fait appel à du CO2 supercritique, qui fait office de solvant non polluant.

Non transformé, le CO2 peut également être utilisé pour de multiples applications de niche, qui concernent des quantités de gaz limitées : réfrigérants, conditionnement alimentaire, traitement des eaux, viticulture, soudage…

La valorisation du CO2 transformé chimiquement

La transformation chimique du CO2, en vue de l’obtention de produits chimiques à base de CO2, est une technique de plus en plus maîtrisée. Ces transformations chimiques vont consister soit à réduire le CO2 (en y ajoutant de l’hydrogène par exemple), soit à l’insérer dans une molécule carbonée ou une chaîne minérale. La molécule de CO2, stable chimiquement, se prête bien à ce type de réactions chimiques. 

A l’heure actuelle, la synthèse à partir de CO2 de produits tels que l’urée, l’acide salicylique et les carbonates cycliques est industrialisée. D’autres produits font l’objet de recherches, pour trouver les catalyseurs adaptés à l’industrialisation des processus.

C’est le cas des polycarbonates, des carbonates linéaires ou encore des acides carboxyliques. Une des contraintes au développement de ces transformations chimiques est la nécessité d’utiliser un CO2 le plus pur possible, sans quoi la réaction de catalyse peut être fortement affectée dans son rendement.

La transformation biologique du CO2

A l’heure actuelle, la valorisation du CO2 par voie biologique se fait principalement via la culture d’algues. En effet, ces dernières consomment du CO2 pour effectuer la photosynthèse et produire de la matière organique. La biomasse générée par ces processus intéresse beaucoup les filières industrielles alimentaires, pharmaceutiques ou même le secteur émergent des algocarburants.

La culture d’algues présente de nombreux avantages. D’abord, leur culture n’empiète pas sur les terres agricoles, et leur rendement photosynthétique est supérieur à celui des végétaux. De plus, elles peuvent être cultivées en eau douce ou salée, ce qui permet de développer des techniques culturales adaptées aux ressources. 

Concrètement, les applications de la culture d’algues concernent l’alimentation humaine via la production d’huiles et de protéines.

Le traitement des eaux usées peut aussi être en partie réalisé par les algues, qui réduisent fortement la pollution à l’azote et au phosphore des eaux sales, domestiques ou agricoles.

Enfin, la production de médicaments ou de compléments alimentaires, ainsi que celle de biocarburants, sont pour l’instant des voies d’exploitation du CO2 en développement, qui doivent encore se perfectionner pour proposer un modèle technologique et économique rentable.