Technologies de capture et séquestration de carbone et potentiel de réduction des émissions de GES : analyse comparative des approches les plus prometteuses

Abstract

L’augmentation des activités anthropiques cause une hausse des émissions de gaz à effet de serre et des concentrations de carbone dans l’atmosphère. Afin de remédier à cette situation, des technologies de capture avec séquestration ou utilisation du carbone ont été mises en place. Cette panoplie de technologies possède différentes variétés de capture avec séquestration ou utilisation du carbone, dont l’objectif principal reste de réduire les émissions de CO2. L’objectif de cet essai consiste en l’évaluation et la comparaison de la viabilité à long terme et à grande échelle de projets de capture et séquestration ou de capture et valorisation du carbone (voir « utilisation » dans le présent essai, dans la liste des acronymes, des symboles et des sigles). L’analyse se base sur leurs effets quant à leurs applications sur les objectifs de développement déterminés par l’auteure. Le premier chapitre présente certaines réglementations internationales, dont l’accord de Paris, ainsi que les stratégies de décarbonisation. Le chapitre deux met l’accent sur le fonctionnement de la séquestration du carbone ainsi que certaines utilisations en activité ou encore à l'étude. Afin de réaliser la comparaison entre différentes technologies de capture du carbone et séquestration ou utilisation, le chapitre trois présente une revue de littérature de cinq projets internationaux, soit de capture et séquestration ou de capture et utilisation du carbone. Pour réaliser l’objectif général de l’essai, une analyse multicritère permettant de comparer les cinq technologies est présentée au chapitre quatre. La première étape de cette analyse a permis de faire une reconnaissance des technologies de capture du carbone avec séquestration ou utilisation actuellement en exploitation ou en phase pilote. Cela a mené à la sélection de cinq projets allant être évaluées : la séquestration sous-marine, la carbonatation minérale, la capture directe de l’air, la capture enzymatique et la capture postcombustion. L’étape deux a exposé le choix de la méthode d’analyse qui est une analyse multicritère basée sur trois volets : technique, économique et environnemental. La comparaison de ces cinq projets, selon les trois volets, a mené à la sélection des critères d’analyse, basé sur les caractéristiques principales et leur importance en matière de réduction de gaz à effet de serre et du niveau d’avancement. Les résultats ont démontré que les technologies de capture et séquestration par carbonatation minérale de CarbFix et de capture directe de l'air et utilisation de Carbon Engineering présentent le plus d’effets favorables quant à l’atteinte des objectifs de développement à long terme concernant les trois volets à l’étude. Ces technologies sont suivies par la capture et séquestration sous-marine, la capture par enzyme et la capture postcombustion. Le chapitre 5 présente des recommandations pour chaque type de technologie concernant l’atténuation des gaz à effet de serre et un futur déploiement à long terme tout en respectant les objectifs de développement des trois volets d’analyse (technique, économique et social). En conclusion, les technologies de capture et séquestration ou de capture et utilisation ont toutes de bons avantages en matière d’atténuation des gaz à effet de serre. Avec la présente analyse, ce sont les technologies de capture et séquestration par carbonatation minérale de CarbFix et de capture directe de l'air et utilisation de Carbon Engineering qui sont les technologies étant les plus aptes à se développer à long terme tout en respectant le volet technique, économique et environnemental. Cependant, tous les efforts permettant d’atténuer les émissions de gaz à effet de serre doivent être considérés comme une mesure complémentaire aux efforts d’atténuation.

Abstract: The expansion of anthropogenic activities causes an increase in greenhouse gas emissions and carbon concentrations in the atmosphere. With the use of fossil fuels, an abundant source of energy at low cost, many companies around the world use these resources to carry out their activities, resulting in an increase of CO2 emissions. In order to remedy this situation, carbon capture and storage technologies or carbon capture and use technologies have been put in place. This array of technologies has different varieties of capture with storage or carbon use, but the main goal is still the reduction of CO2 emissions by either capturing directly at source or through the air. The objective of this thesis is to evaluate and compare the long-term and large-scale feasibility of capture and sequestration or carbon utilization technologies based on their effects on the application of the development objectives listed by the author. The first chapter presents some international regulations, including the Paris Agreement, as well as decarbonization strategies. Chapter two focuses on the functioning of carbon sequestration and some uses in progress or under studies. In order to compare different carbon capture technologies, chapter three presents a literature review of five international technologies either in carbon capture and storage or carbon capture and use. To achieve the overall goal of this thesis, a multi-criteria analysis comparing the five technologies is presented in chapter four. The first step of this analysis made it possible to recognize carbon capture technologies with storage or use that are currently in operation or pilot project. This led to the selection of five technologies to be evaluated : underwater storage, mineral carbonation, direct air capture, enzyme capture and post-combustion capture. Step two consisted of the choice of the analysis method, which was a multi-criteria analysis based on three components that could impact the technologies’ development: the technical, economic and environmental aspects. The comparison of these five technologies across the three components led to the selection of criteria. They were based on the main characteristics and their importance in terms of greenhouse gas reduction and level of progress. The results demonstrated that the underwater storage technology in a saline aquifer has the most favourable effects in achieving long-term and large-scale development goals in the technical, economic and environmental areas. This technology is followed by direct air capture, mineral carbonation, enzyme capture and post-combustion capture. Chapter five shows recommendations for each type of technology regarding greenhouse gas mitigation and future large-scale deployment while meeting the development objectives of the three components. In conclusion, capture and storage or capture and use technologies all have good benefits in terms of greenhouse gas mitigation. With the present analysis, the underwater storage of the Sleipner CO2 Storage project is the technology that is the most likely to develop on a large scale and over the long term while respecting the technical, economic and environmental aspects. However, all efforts to mitigate greenhouse gas emissions must be seen as complementary to mitigation efforts and not a replacement.