Centrales de puissance à basse émission de CO2

À la suite de la COP21 à Paris et puis de la COP24, les pays du monde entier se sont mis d’accord pour limiter d’ici 2050 l’augmentation de la température moyenne de la planète à 1,5 °C en annulant les émissions de gaz à effet de serre, et particulièrement celles du CO₂. Il reste donc une bonne dizaine d’années pour atteindre un tel objectif, si toutefois c’est encore réaliste dans les conditions politiques actuelles avec une utilisation du charbon soit maintenue par le prolongement d’exploitation de centrales existantes (États-Unis, Chine, Inde, Pologne....), soit renforcée par le remplacement de centrales nucléaires (Allemagne). Quoiqu’il en soit, la stratégie d’une réduction massive et rapide des émissions de CO₂ implique la mise en œuvre du captage et du stockage du CO₂ dans les centrales surtout à charbon mais aussi au gaz naturel, selon une des recommandations de la COP24.

Les trois technologies examinées dans cet article sont le captage du carbone en post-combustion (dans les fumées), le captage du carbone en précombustion (décarbonisation du combustible) et l’oxy-combustion. Cette dernière technique s’applique à la combustion à l’oxygène pur dans des chaudières et dans des cycles combinés avec turbines à gaz et est très attractive car la plus proche du « zéro emission ».

Actuellement, la technique de captage du carbone la plus mature et la plus utilisée dans l’industrie est l’absorption par des amines du CO₂ présent dans les fumées de post-combustion. C’est la plus adaptée à l’échelle des centrales de plusieurs centaines de MW.

Pour séparer le CO₂, issu de l’utilisation de combustibles fossiles (ici le charbon et le gaz naturel), d’un ou de plusieurs autres composants dans un mélange gazeux, il faut utiliser de l’énergie (thermique ou électrique) qui dépend de la masse molaire des composants et de leur concentration. Cette énergie de séparation va donc diminuer l’énergie nette produite par la centrale et pour une puissance fixée, diminuer le rendement et augmenter la consommation de combustible et donc paradoxalement augmenter la quantité de CO₂ générée  . Tous les efforts R&D depuis deux décennies portent sur les moyens de réduire cette pénalité de rendement et le surcoût du kilowattheure par l’amélioration des procédés, des cycles thermodynamiques, des solvants utilisés ainsi que par une intégration énergétique maximale de l’unité de captage dans la centrale.

Un glossaire en fin d’article regroupe les définitions importantes ou utiles à la compréhension du lecteur.