- Climeworks a mis en service plus de 15 usines DAC avec une capacité combinée de capture annuelle supérieure à 5 500 tonnes de CO2.
- Le CO2 capturé est stocké définitivement dans la roche basaltique réactive en Islande, où il se minéralise en carbonate grâce à un procédé naturel assisté par Carbfix.
- La technologie DAC+S nécessite une énergie 100 % renouvelable pour garantir un bilan carbone favorable.
- L’entreprise projette une croissance rapide de ses capacités avec la construction de nouvelles usines et l'optimisation de ses technologies à une échelle climatique pertinente.
Fondée à Zurich en 2009 par Christoph Gebald et Jan Wurzbacher, Climeworks est une entreprise pionnière dans le domaine de la technologie de capture directe de l'air. Les systèmes de l'entreprise éliminent le dioxyde de carbone (CO2) de l'air grâce à un processus d'adsorption-désorption. Au cœur de ce processus se trouve un matériau filtrant spécial. La vision des fondateurs de l'entreprise est d'inciter un milliard de personnes à éliminer le CO2 de l'air. Au total, Climeworks a mis en service plus de 15 usines à ce jour, dont la capacité nominale de filtration annuelle combinée est supérieure à 5 500 tonnes de CO2 par an. Deux autres usines sont prévues en 2023 et 2027.
Afin d'atteindre l'objectif de plusieurs millions de tonnes de CO2 fixé pour 2030, les usines doivent être agrandies. La première usine construite, par exemple, était capable de convertir 900 tonnes de CO2 par an. L'usine actuellement en projet a une capacité environ 40 fois supérieure.
De plus en plus d'entreprises et de pays reconnaissent la nécessité d'atteindre la neutralité carbone. Selon l'ONU, 130 pays se sont engagés à atteindre la neutralité carbone d'ici 2050.
Élimination du dioxyde de carbone (CDR)
Élimination du CO<sub>2</sub> en tant que service
Fondée en 2009, Climeworks a développé une technologie permettant de filtrer le CO2 de l'air. En 2014, un collecteur de CO2 modulaire a été conçu et en 2017, la première usine commerciale a été mise en service en Suisse. La même année, le projet pilote Arctic Fox a été lancé en Islande, où le CO2 filtré est stocké dans des strates rocheuses souterraines. Grâce à ce stockage, le CO2 est lié de manière permanente sous forme de carbonate, ce qui réduit la concentration de CO2 dans l'atmosphère.
Développement de l'entreprise axé sur le DAC+S
Au total, plus de 15 usines DAC de l'entreprise ont été mises en service. Il s'agit à la fois d'usines de grande taille et de projets de démonstration à plus petite échelle. Ceux-ci sont divisés en deux catégories : les projets DAC+S et PTX.
PTX signifie « Power to X » (énergie vers X) : le CO2 filtré est recyclé dans l'économie circulaire, par exemple comme engrais pour les plantes, comme additif dans l'eau minérale pour produire de l'eau gazeuse ou comme carburant renouvelable.
Dans les projets DAC+S (Direct Air Capture + Storage), en revanche, le CO2 est définitivement retiré du cycle et stocké sous terre. La recherche, le développement et la construction d'installations supplémentaires se concentrent sur le DAC+S afin de réduire la concentration de CO2 dans l'atmosphère et de freiner le changement climatique.
« Deux conditions sont essentielles pour une utilisation réussie de la technologie DAC+S. La première est la source d'énergie. L'usine doit fonctionner exclusivement avec des sources d'énergie renouvelables afin d'obtenir un meilleur bilan carbone. La seconde est l'option de stockage. Ce n'est que dans un environnement présentant des couches rocheuses particulières que le CO2 déclenche une réaction chimique et se cristallise en carbonate. C'est pourquoi l'Islande est un site si favorable. On y trouve des sources d'énergie géothermique renouvelables et des couches rocheuses basaltiques hautement réactives dans un environnement volcanique. Un autre site approprié est Oman, où la technologie sera testée dans une usine. »
Nathalie Casas - Responsable technologique, Climeworks
Climeworks développe une solution pour atténuer le changement climatique
Afin d'augmenter sa propre capacité à une échelle pertinente pour le climat, l'entreprise prévoit de construire de nouvelles usines, d'établir des partenariats avec d'autres entreprises et de recruter de nouveaux employés. Fin 2021, Climeworks comptait 160 employés, et ce nombre devrait passer à 250-300 d'ici fin 2022. La mise en service de la prochaine grande usine est prévue dans les deux à trois prochaines années.
Captage et stockage directs de l'air (DAC+S)
Adsorption et désorption du CO<sub>2</sub>
Les usines se composent de boîtes métalliques dans lesquelles est installé un filtre contenant un matériau filtrant spécial, appelé sorbant. Ce sorbant contient une amine et a la capacité de fixer le CO2 par adsorption et de le libérer à nouveau par désorption. Pendant la phase d'adsorption, de l'air est soufflé à travers la machine à l'aide d'un ventilateur et le CO2 est absorbé par le sorbant.
Une fois que le sorbant a atteint une concentration élevée en CO₂, la phase de désorption commence : le système est fermé afin qu'aucun air ne puisse plus y pénétrer. L'excès d'air dans le caisson est pompé et l'installation est chauffée. La chaleur libère le CO₂ enrichi par le sorbant. Le CO₂ est ensuite traité en deux étapes successives afin d'obtenir une pureté supérieure à 95 %. Le CO2 est mélangé à de l'eau, transporté vers des couches rocheuses basaltiques souterraines et stocké de manière permanente.
Roche basaltique
La roche basaltique en Islande est un matériau hautement réactif. Le mélange de CO2 et d'eau déclenche une réaction chimique à l'intérieur de celle-ci. Grâce à la technologie du partenaire de Climeworks, Carbfix, le mélange de CO2 et d'eau cristallise dans les couches de roche basaltique pour former un carbonate. Résultat : le CO2 filtré est stocké dans la roche et la concentration de CO2 dans l'air est réduite.
Partenariat avec Carbfix en Islande
CO<sub>2</sub> filtré stocké de manière permanente sous terre
Reykjavik Energy exploite la centrale géothermique de Hellisheidi, en Islande, où de l'eau chaude et de la vapeur sont pompées à la surface de la terre à partir de centaines de mètres sous terre. La filiale Carbfix renvoie l'eau dans le sous-sol après l'avoir mélangée au CO2 qui a été filtré et traité par Climeworks. La technologie de Carbfix simule le processus naturel de minéralisation : l'eau enrichie en CO2 est acide, ce qui déclenche une réaction chimique dans la roche basaltique.
Les cations contenus dans les roches, tels que le calcium, le magnésium et le fer, sont libérés et se mélangent à l'eau pour former un carbonate. En raison de la densité élevée du mélange contenant du CO2 par rapport à l'eau souterraine, celui-ci s'enfonce dans les couches rocheuses poreuses. Selon les études menées par Carbfix, 95 % du CO2 injecté forme un carbonate après deux ans.
Sélection des sites en fonction des sources d'énergie et des capacités de stockage
Le stockage géologique du CO2 est possible presque partout dans le monde. Selon les résultats des recherches du Carbon Dioxide Removal Primer, les capacités de stockage sont suffisamment importantes pour absorber trois fois tous les gaz à effet de serre émis depuis la révolution industrielle.
La collaboration avec Carbfix et l'emplacement en Islande répondent à des exigences importantes pour que Climeworks puisse déployer cette technologie.
« L'Islande est une île volcanique et la roche y est très réactive, ce qui en fait un site idéal. L'accès à une source d'énergie renouvelable et à des couches rocheuses réactives pouvant servir de sites de stockage pour le CO2 filtré est particulièrement important. La logique derrière cela est claire : si d'autres sources d'énergie étaient utilisées, le bilan climatique des usines serait bien pire. Plusieurs sites répondent à ces exigences, et si l'on veut filtrer suffisamment de CO2 de l'air pour limiter le changement climatique, l'utilisation de cette technologie ne peut se limiter à l'Islande. Il est actuellement prévu de livrer une usine à Oman, qui offre également des conditions appropriées en termes de source d'énergie et d'options de stockage. »
Nathalie Casas - Responsable Technologie, Climeworks
Vision : Black Factory
Les conclusions du projet précédent Arctic Fox mises en œuvre pour ORCA
Arctic Fox est le précurseur de la plus grande usine Orca en Islande à ce jour, avec une capacité de filtration nominale de 50 tonnes de CO2 par an. La mise en service de l'usine a permis de tester la technologie DAC+S dans les conditions environnementales difficiles de l'Islande et a marqué le début du partenariat avec Carbfix pour le stockage souterrain du CO2 filtré. L'expérience acquise lors du projet pilote est cruciale pour la mise en œuvre d'autres projets, explique Nathalie Casas :
« La nouvelle technologie installée dans l'usine Orca est beaucoup plus efficace qu'auparavant, par rapport au projet Arctic Fox. La structure, le matériau filtrant et le matériel ont été optimisés et adaptés aux conditions climatiques en Islande. L'air en Islande, par exemple, contient beaucoup de soufre. Les composants en métal non ferreux des silencieux de l'usine Arctic Fox se sont oxydés en trois semaines. D'autres composants, en revanche, doivent être protégés en cas de chutes de neige prolongées. De telles conclusions permettent d'apporter des ajustements qui réduisent les risques et la vulnérabilité aux pannes lors de la construction d'autres usines. »
Nathalie Casas - Responsable technologique, Climeworks
Climeworks se concentre sur le contrôle et la maintenance à distance
L'usine Orca utilise un logiciel de contrôle des processus. Des capteurs surveillent diverses valeurs mesurées ainsi que l'état des composants utilisés. Une surveillance détaillée permet une maintenance prédictive. La fonctionnalité de contrôle à distance sera étendue à l'avenir, explique Nathalie Casas :
« L'usine Orca est la première du genre, c'est pourquoi des employés sont encore présents sur place pour l'observer. Cependant, le contrôle est effectué depuis la Suisse. L'objectif est d'exploiter les usines comme des usines noires. Cela signifie qu'il n'y aura pas de personnel sur place et que le contrôle sera entièrement à distance. C'est pourquoi la norme de communication de données OPC UA est actuellement testée en laboratoire. Elle sera utilisée pour le contrôle de la prochaine usine. »
Nathalie Casas - Responsable Technologie, Climeworks
Mise à l'échelle de la solution DAC+S
Au cours des prochaines années, Climeworks a l'intention d'augmenter la capacité de ses usines d'un facteur cinq à dix tous les deux à trois ans. Dans le même temps, la machine de filtration du CO2 sera encore optimisée, explique Nathalie Casas :
« Le développement des projets PTX se poursuivra, mais les usines comme Orca sont clairement au centre des travaux de développement. Les machines, les usines et les composants des processus sont conçus de manière modulaire, de sorte qu'il est facile de remplacer ou d'insérer certaines pièces, selon que cela est faisable ou non pour le site concerné. Cela s'applique, par exemple, aux modules de récupération de chaleur et d'énergie dans le système de collecte de CO2 des usines. »
Nathalie Casas - Responsable Technologie, Climeworks
Objectif : atténuer le changement climatique
Quels sont les secteurs qui génèrent le plus d'émissions de CO<sub>2</sub> ?
La plus grande partie des émissions totales est attribuable à la consommation d'énergie et d'électricité dans les bâtiments (17,5 % des émissions totales), l'industrie (24,2 %) et les transports (16,2 %). Le transport routier (11,9 %), les ménages privés (10,9 %) et l'industrie sidérurgique (7,2 %) sont les principaux contributeurs. La consommation d'énergie dans son ensemble représente 73,2 % des émissions totales. L'approvisionnement alimentaire est un autre contributeur notable.
L'agriculture et la sylviculture représentent 18,4 % des émissions totales, et l'élevage 5,8 %. L'industrie alimentaire, y compris la culture et l'utilisation des terres ainsi que la réfrigération, la transformation et le transport des denrées alimentaires, représente au total 26 % des émissions de CO2.
Les émissions de CO2 atteignent un niveau record en 2021
Selon une étude de l'Agence internationale de l'énergie (AIE), la quantité totale de CO2 émise a atteint un nouveau record en 2021. Avec un total de 36,3 gigatonnes de CO2, les émissions de 2021 ont plus que compensé la réduction des émissions liée à la pandémie de coronavirus en 2020. La tendance à la hausse des émissions de CO2 va se poursuivre.
Les émissions énergétiques augmentent dans pratiquement tous les secteurs
À l'exception du secteur des transports, les émissions de CO2 liées à l'électricité et au chauffage, à l'industrie et aux bâtiments ont augmenté dans leur ensemble en 2020 et 2021. La consommation d'énergie dans ces secteurs représente 73 % des émissions totales.
L'utilisation des combustibles fossiles est en hausse
Environ 40 % des émissions mondiales proviennent de la combustion du charbon. Selon les estimations du Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Research (MCC), il ne reste que 8 ans pour réduire les émissions de combustibles fossiles et limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C.
