Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article aborde la chaîne de valeur du captage, de l’utilisation et du stockage du carbone - CCUS - de façon globale. Celle-ci est l’un des leviers essentiels pour atteindre la neutralité carbone et lutter contre le dérèglement climatique. L’article présente les technologies CCUS déployées à l’échelle commerciale et propose une étude technico-économique comparative de chacun des maillons et de leur impact sur la chaîne globale. En revenant au niveau moléculaire, il explore les limites de la connaissance sur le captage postcombustion du CO2 à l’aide d’absorbants liquides de type amine, la voie la plus déployée mais qui comporte encore des questions thermodynamiques et cinétiques ouvertes.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Axel CHANCRE : Laboratoire de Chimie, ENS UMR 5182, Lyon, France
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Titouan CHETOT : Laboratoire de Chimie, ENS UMR 5182, Lyon, France
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Franck ULM : Laboratoire de Chimie, ENS UMR 5182, Lyon, France
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Laurent VIAL : Laboratoire de Chimie, ENS UMR 5182, Lyon, France
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Julien LECLAIRE : Laboratoire de Chimie, ENS UMR 5182, Lyon, France
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Maxime DUCREUX : Ingénieur de recherche, Mecaware SAS, Vénissieux, France
INTRODUCTION
L’accélération des dérèglements climatiques liée aux émissions de gaz à effet de serre (GES), en particulier le dioxyde de carbone (CO2), impose de réinventer les chaînes de valeur industrielles et énergétiques. Dans ce contexte, les technologies de captage, utilisation et stockage du carbone (CCUS) proposent une réponse essentielle, quoique partielle, à l’impératif de neutralité carbone fixé à l’horizon 2050. Le concept de CCUS recouvre une chaîne de techniques visant à extraire le CO2 des émissions industrielles ou directement de l’air ambiant, à le transporter puis à l’utiliser ou à le stocker de manière durable. Le captage du CO2 constitue le premier maillon clé d’une chaîne complète.
Dans un premier temps, nous examinons les nombreux défis que rencontre le déploiement massif du CCUS, qu’ils soient d’ordre économique (les coûts des différentes étapes la chaîne), technologique (efficacité énergétique, robustesse, modularité), ou bien environnemental (le bénéfice climatique varie selon la filière, l'origine du CO2, l'énergie utilisée et le cycle de vie des produits valorisés).
Sous l’angle du chimiste, nous proposons ensuite une analyse approfondie du processus de captage postcombustion du CO2 utilisant les amines (représentant 2/3 des volumes de CO2 captés actuellement), en détaillant les mécanismes réactionnels, les équilibres thermodynamiques et les paramètres cinétiques qui régissent l’efficacité du captage. Cette analyse met en lumière les limites actuelles de la connaissance et les leviers d’optimisation ainsi que les compromis inhérents à toute amélioration.
L’objectif de cet article est double : d’une part dresser un état des lieux technique et économique du CCUS en 2025, avec un focus particulier sur le captage postcombustion par des amines, en fournissant des clés de lecture physicochimiques permettant d’appréhender la complexité des systèmes à l’échelle moléculaire.
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Présentation
Perspectives : CCUS intégré5. Chimie moléculaire du captage du CO2 par les amines : approche physicochimique
5.1 Réactivité des amines dans l’eau
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Réseau de réactions acido-basiques
Le captage postcombustion de
reste majoritairement basé sur le procédé appelé amine scrubbing, à l’aide de solutions aqueuses d’amines . Considéré à tort comme une réaction unique (équation (16)), il s’agit en réalité d’une suite, voire d’un réseau de réactions chimiques (figure 19). On distingue dans ce système entièrement sous contrôle thermodynamique, deux classes de produits et deux types de réactions covalentes réversibles : la carbonatation (équation F) et la carbamatation (équation G). En bilan, la réaction dite « de carbamatation » consiste en l’attaque nucléophile du
dissout par une amine (base de Lewis) activée par une seconde amine jouant le rôle de base de Brnsted. En bilan, la réaction de carbonatation consiste en l’attaque nucléophile du
dissout par une molécule d’eau (base de Lewis) activée...
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Chimie moléculaire du captage du CO2 par les amines : approche physicochimique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RITCHIE (H.), ROSADO (P.), ROSER (M.) - Energy Production and Consumption Published online at OurWorldinData.org. - In Our World in Data (2024).
-
(2) - RUFF (Z.), NATHAN (S.H.), UNWIN (R.R.), ZUPKAUSKAS (M.), JOSHI (D.), SALMOND (G.P.C.), GREY (C.P.), et al - Designing disordered materials using DNA-coated colloids of bacteriophage fd and gold. - In : Faraday Discussions, vol. 186, p. 473-488 – 10.1039/C5FD00120J (2016).
-
(3) - ZHANG (H.), WU (J.), SHEN (Z.) - Radiative forcing and global warming potential of perfluorocarbons and sulfur hexafluoride. - In : Science China Earth Sciences, vol. 54, p. 764-772 – 10.1007/s11430-010-4155-0 (2011).
-
(4) - INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC) - Climate Change 2021 – The Physical Science Basis : Working Group I Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. - 1re éd. Cambridge University Press – 10.1017/9781009157896 (2023).
-
(5) - ETMINAN (M.), MYHRE (G.), HIGHWOOD (E.J.), SHINE (K.P.) - Radiative forcing of carbon dioxide, methane,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Misubishi Heavy Industries Ltd (absorbant pour le captage KS-1) :
https://www.mhi.com/products/engineering/co2plants_process.html
Shell Global (absorbant pour le captage Cansolv) :
Dakota Gasification Company, Canada (capture couple à l’EOR, plus gros tonnage USA)
Petrobras (captage couplé à l’EOR offshore (plus gros volume au monde), Petrobras Santos Basin pre-salt oilfield CCS :
https://petrobras.com.br/en/pre-sal
Sinopec Qilu Petrochemical Shengli, Shandong (captage post-combution couplé à l’ EOR, plus grosse capacité en Chine) :
https://qpec.cn/en/achievement/index.html
https://doi.org/10.1016/j.eiar.2024.107684)
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