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Sylvie Tarnai
                                                Université Paris-Dauphine
                                                23 ans




Recycler le CO2 grâce à la photosynthèse industrielle, une voie prometteuse


F      ace au défi climatique, la chasse aux émissions de
       CO2 apparaît comme un enjeu majeur, faisant du
       carbone l’ennemi public nº1 des nations occiden-
tales. L’effort international pour une réduction progres-
sive des émissions s’accompagne d’une option fortement
                                                               d’eau. Le procédé constitue ainsi une extension de
                                                               l’économie hydrogène, analogue au processus de photo-
                                                               synthèse. Grâce à cette technologie, les énergies fossiles
                                                               pourraient donc être réutilisées, ce qui réduirait considé-
                                                               rablement les émissions dans l’atmosphère tout en per-
privilégiée à l’heure actuelle: le captage et la séquestra-    mettant de limiter les quantités de matières fossiles ex-
tion géologique du carbone (« Carbon Capture and Sto-          traites du sol. D’après les chercheurs, si la première étape
rage » ou CCS). Le coût de cette technologie reste néan-       est la capture du CO2 à partir de sources de pollution
moins très élevé d’après l’AIE qui l’estime entre 36 et 72     concentrée, le but ultime de cette innovation pourrait
€/tCO2.1 En outre, des incertitudes subsistent quant aux       être d’extraire directement le CO2 dans l’air.
effets sur l’environnement du CO2 enfoui et son accepta-
bilité sociale n’est pas sans poser problème. Or, il existe
aujourd’hui une alternative : le recyclage du CO2. Cette
nouvelle voie pourrait mettre fin à la contrainte clima-
tique. Elle a déjà été découverte et n’attend qu’à être
développée.

Une solution innovante : recycler le CO2

A l’instar de Da Vinci qui s’inspira du vol des oiseaux pour
produire ses études sur les prémices de l’hélicoptère, il
est possible de s’inspirer du phénomène naturel de pho-
tosynthèse. En transformant le CO2 au lieu de le séques-              Le processus S2P incorpore le CO2 dans la vision
trer, ce procédé permettrait de s’affranchir des inconvé-             d’une économie hydrogène alimentée par le soleil
nients liés au stockage. D’après B. Reynier, Ingénieur en
Physique diplômé de l’INPG, « cette […] voie est trop peu      Ils ne sont d’ailleurs pas les seuls à se pencher sur la
explorée ».                                                    question du recyclage du CO2, ce qui atteste de l’intérêt
Des chercheurs américains du Sandia National Laborato-         que présente cette nouvelle solution. D’autres projets
ries ont créé le prototype expérimental d’un appareil qui      visant à développer des moyens de recycler le CO2 en
permet de convertir le CO2 en carburant à partir de la         carburant en s’appuyant sur le principe de la photosyn-
concentration du rayonnement solaire. Ce prototype,            thèse ont déjà vu le jour. Les universités d’Alicante et de
appelé "Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recupe-         Valence utilisent notamment les propriétés organiques
rator" (CR5) a été testé avec succès en automne 2009 par       du phytoplancton.3 Des scientifiques japonais ont quant à
son inventeur, Rich Diver, qui a ainsi initié le projet        eux fait la découverte l’an dernier d’une bactérie qui
« Sunshine to Petrol »(S2P). Il s’agit d’une machine solaire   permettrait de transformer le CO2 en méthane afin de
rotative qui utilise la chaleur du soleil pour transformer     recomposer du gaz naturel.4
du dioxyde de carbone émis dans la combustion                  Le recyclage du CO2 s’avère donc être une solution plus
d’énergies fossiles en carburant liquide utilisable.2          durable que le CCS puisqu’elle permet de valoriser le
L’énergie solaire est concentrée pour atteindre une tem-       carbone émis et non plus seulement de le stocker. Il ne
pérature qui permet d’engendrer de façon chimique une          faut cependant pas oublier qu’il s’agit d’une technologie
« combustion inversée ». Ce processus sert de base à la        émergente devant encore faire ses preuves et dont le
production d’hydrocarbures liquides à partir de CO2 et         développement est soumis à de nombreux défis.
                                                                                                                         1
Obstacles et perspectives                                               recherche et de pouvoir industrialiser le procédé, il est
                                                                        enfin nécessaire d’encourager l’innovation et de créer un
La communauté scientifique sait depuis longtemps qu‘il                  cadre juridique favorable au système. L’UE pourrait ainsi
est possible de recycler le CO2, mais nombreux sont ceux                cesser de se concentrer uniquement sur la technologie du
qui pensent qu’il va être difficile de le faire en pratique,            CCS dont les limites ont déjà été mises à nu et faciliter le
aussi bien sur le plan technique qu’économique.                         développement du recyclage du CO2 pour asseoir un lea-
Les tests ont montré que le processus de transformation                 dership technologique européen en la matière.
du CO2 fonctionne, il s’agit maintenant d’en améliorer
l’efficience. Ainsi, le système pourrait être appliqué sur              Même si un système dans lequel on aurait apprivoisé le
les sites industriels à condition qu’il devienne au moins               carbone semble encore illusoire, le recyclage du CO2
deux fois plus efficient que la photosynthèse naturelle                 grâce à la photosynthèse industrielle présente des atouts
dont le rendement maximal théorique est de 5%. En                       indéniables. Une nouvelle approche en matière de ges-
outre, l’alimentation du procédé en énergie solaire con-                tion du problème des émissions par le biais d’une utilisa-
centrée (nécessaire pour atteindre une température                      tion productive du CO2 pourrait ainsi devenir un projet du
permettant la combustion chimique voulue) ainsi que la                  21ème siècle. Seuls des efforts suffisants de recherche et
question du transport de cette énergie vers le site émet-               d’investissement permettront d’explorer cette alterna-
teur de CO2 seront des enjeux cruciaux.                                 tive prometteuse qui apporte une solution à la fois aux
De plus, cette technologie est aujourd’hui encore diffici-              enjeux énergétiques et climatiques actuels.
lement viable. Elle grève en effet des coûts de production
supplémentaires du fait de la complexité de l’équipement
mais aussi de par la quantité d’énergie solaire nécessaire
à la transformation du CO2 si l’efficience est peu élevée.
Ainsi, l’évolution du rendement de la technologie de con-
centration solaire constitue un enjeu de taille. Une option
serait de délocaliser toutes les activités polluantes dans
les zones ensoleillées afin de pouvoir recycler le CO2
émis. Même si cela semble relever de la fantaisie, les
décisions d’investissements à venir pourraient du moins
être influencées.
La technologie inventée dans le cadre du projet S2P pour-
rait être accessible sur le marché d’ici 15 à 20 ans et pré-
sente ainsi une réelle alternative à long terme à la sé-
questration du gaz carbonique. Afin de faire avancer la


NOTES
    1. Le CSC accroît ainsi de 25 à 100% le coût de production de l’électricité. En outre, il faudrait déployer un réseau très conséquent
       de « carboducs » estimé par l’AIE, entre 30 000 et 150 000km de long pour l’Europe.
    2. L’énergie abondante du soleil pourrait ainsi être captée afin de « redynamiser » chimiquement le dioxyde de carbone en mo-
       noxyde de carbone. L’énergie solaire concentrée permet alors de séparer le CO 2 et le H2O pour obtenir du méthane (CO) et de
       l’hydrogène (H2), les éléments de base pour produire des hydrocarbures synthétiques.
    3. L’usine pilote, construite au pied d’une cimenterie et opérationnelle depuis janvier 2011, permet la conversion accélérée du
       CO2 en pétrole artificiel.
    4. Il s’agit des scientifiques de l’Agence japonaise des sciences et technologies maritimes et terrestres (JAMSTEC).

SOURCES
          Godard, Olivier. Y a-t-il une vie après Copenhague ? Alternatives Economiques, nº 288. Février 2010.
          A. Denny Ellerman et alii. Le prix du carbone. Les enseignements du marché européen du CO 2. Ed. Pearson. 2010.
          Taverdet-Popiolek, Nathalie et Thais-I-Tésé, Françoise. Emergence des technologies de charbon propre – L’Europe saura t- elle
          donner à temps l’impulsion nécessaire ? Revue de l’Energie, nº 590. Juillet-Août 2009.
          James E. Miller, Mark D. Allendorf, Richard B. Diver, Lindsey R. Evans, Nathan P. Siegel, and John N. Stuecker “Metal Oxide
          Composites and Structures for Ultra-High Temperature Solar Thermochemical Cycles” J. Mater. Sci. 2008.
          Le captage et stockage géologique du carbone : un bilan intérimaire du Conseil Mondial de l’Energie. World Energy Council.
          2007.
          www.energie.lexpansion.com; www.sandia.gov/news/publications; www.enerzine.com

                                                                                                                                       2

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Recycler le CO2 grâce à la photosynthèse industrielle, une voie prometteuse (Sylvie Tarnai)

  • 1. Sylvie Tarnai Université Paris-Dauphine 23 ans Recycler le CO2 grâce à la photosynthèse industrielle, une voie prometteuse F ace au défi climatique, la chasse aux émissions de CO2 apparaît comme un enjeu majeur, faisant du carbone l’ennemi public nº1 des nations occiden- tales. L’effort international pour une réduction progres- sive des émissions s’accompagne d’une option fortement d’eau. Le procédé constitue ainsi une extension de l’économie hydrogène, analogue au processus de photo- synthèse. Grâce à cette technologie, les énergies fossiles pourraient donc être réutilisées, ce qui réduirait considé- rablement les émissions dans l’atmosphère tout en per- privilégiée à l’heure actuelle: le captage et la séquestra- mettant de limiter les quantités de matières fossiles ex- tion géologique du carbone (« Carbon Capture and Sto- traites du sol. D’après les chercheurs, si la première étape rage » ou CCS). Le coût de cette technologie reste néan- est la capture du CO2 à partir de sources de pollution moins très élevé d’après l’AIE qui l’estime entre 36 et 72 concentrée, le but ultime de cette innovation pourrait €/tCO2.1 En outre, des incertitudes subsistent quant aux être d’extraire directement le CO2 dans l’air. effets sur l’environnement du CO2 enfoui et son accepta- bilité sociale n’est pas sans poser problème. Or, il existe aujourd’hui une alternative : le recyclage du CO2. Cette nouvelle voie pourrait mettre fin à la contrainte clima- tique. Elle a déjà été découverte et n’attend qu’à être développée. Une solution innovante : recycler le CO2 A l’instar de Da Vinci qui s’inspira du vol des oiseaux pour produire ses études sur les prémices de l’hélicoptère, il est possible de s’inspirer du phénomène naturel de pho- tosynthèse. En transformant le CO2 au lieu de le séques- Le processus S2P incorpore le CO2 dans la vision trer, ce procédé permettrait de s’affranchir des inconvé- d’une économie hydrogène alimentée par le soleil nients liés au stockage. D’après B. Reynier, Ingénieur en Physique diplômé de l’INPG, « cette […] voie est trop peu Ils ne sont d’ailleurs pas les seuls à se pencher sur la explorée ». question du recyclage du CO2, ce qui atteste de l’intérêt Des chercheurs américains du Sandia National Laborato- que présente cette nouvelle solution. D’autres projets ries ont créé le prototype expérimental d’un appareil qui visant à développer des moyens de recycler le CO2 en permet de convertir le CO2 en carburant à partir de la carburant en s’appuyant sur le principe de la photosyn- concentration du rayonnement solaire. Ce prototype, thèse ont déjà vu le jour. Les universités d’Alicante et de appelé "Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recupe- Valence utilisent notamment les propriétés organiques rator" (CR5) a été testé avec succès en automne 2009 par du phytoplancton.3 Des scientifiques japonais ont quant à son inventeur, Rich Diver, qui a ainsi initié le projet eux fait la découverte l’an dernier d’une bactérie qui « Sunshine to Petrol »(S2P). Il s’agit d’une machine solaire permettrait de transformer le CO2 en méthane afin de rotative qui utilise la chaleur du soleil pour transformer recomposer du gaz naturel.4 du dioxyde de carbone émis dans la combustion Le recyclage du CO2 s’avère donc être une solution plus d’énergies fossiles en carburant liquide utilisable.2 durable que le CCS puisqu’elle permet de valoriser le L’énergie solaire est concentrée pour atteindre une tem- carbone émis et non plus seulement de le stocker. Il ne pérature qui permet d’engendrer de façon chimique une faut cependant pas oublier qu’il s’agit d’une technologie « combustion inversée ». Ce processus sert de base à la émergente devant encore faire ses preuves et dont le production d’hydrocarbures liquides à partir de CO2 et développement est soumis à de nombreux défis. 1
  • 2. Obstacles et perspectives recherche et de pouvoir industrialiser le procédé, il est enfin nécessaire d’encourager l’innovation et de créer un La communauté scientifique sait depuis longtemps qu‘il cadre juridique favorable au système. L’UE pourrait ainsi est possible de recycler le CO2, mais nombreux sont ceux cesser de se concentrer uniquement sur la technologie du qui pensent qu’il va être difficile de le faire en pratique, CCS dont les limites ont déjà été mises à nu et faciliter le aussi bien sur le plan technique qu’économique. développement du recyclage du CO2 pour asseoir un lea- Les tests ont montré que le processus de transformation dership technologique européen en la matière. du CO2 fonctionne, il s’agit maintenant d’en améliorer l’efficience. Ainsi, le système pourrait être appliqué sur Même si un système dans lequel on aurait apprivoisé le les sites industriels à condition qu’il devienne au moins carbone semble encore illusoire, le recyclage du CO2 deux fois plus efficient que la photosynthèse naturelle grâce à la photosynthèse industrielle présente des atouts dont le rendement maximal théorique est de 5%. En indéniables. Une nouvelle approche en matière de ges- outre, l’alimentation du procédé en énergie solaire con- tion du problème des émissions par le biais d’une utilisa- centrée (nécessaire pour atteindre une température tion productive du CO2 pourrait ainsi devenir un projet du permettant la combustion chimique voulue) ainsi que la 21ème siècle. Seuls des efforts suffisants de recherche et question du transport de cette énergie vers le site émet- d’investissement permettront d’explorer cette alterna- teur de CO2 seront des enjeux cruciaux. tive prometteuse qui apporte une solution à la fois aux De plus, cette technologie est aujourd’hui encore diffici- enjeux énergétiques et climatiques actuels. lement viable. Elle grève en effet des coûts de production supplémentaires du fait de la complexité de l’équipement mais aussi de par la quantité d’énergie solaire nécessaire à la transformation du CO2 si l’efficience est peu élevée. Ainsi, l’évolution du rendement de la technologie de con- centration solaire constitue un enjeu de taille. Une option serait de délocaliser toutes les activités polluantes dans les zones ensoleillées afin de pouvoir recycler le CO2 émis. Même si cela semble relever de la fantaisie, les décisions d’investissements à venir pourraient du moins être influencées. La technologie inventée dans le cadre du projet S2P pour- rait être accessible sur le marché d’ici 15 à 20 ans et pré- sente ainsi une réelle alternative à long terme à la sé- questration du gaz carbonique. Afin de faire avancer la NOTES 1. Le CSC accroît ainsi de 25 à 100% le coût de production de l’électricité. En outre, il faudrait déployer un réseau très conséquent de « carboducs » estimé par l’AIE, entre 30 000 et 150 000km de long pour l’Europe. 2. L’énergie abondante du soleil pourrait ainsi être captée afin de « redynamiser » chimiquement le dioxyde de carbone en mo- noxyde de carbone. L’énergie solaire concentrée permet alors de séparer le CO 2 et le H2O pour obtenir du méthane (CO) et de l’hydrogène (H2), les éléments de base pour produire des hydrocarbures synthétiques. 3. L’usine pilote, construite au pied d’une cimenterie et opérationnelle depuis janvier 2011, permet la conversion accélérée du CO2 en pétrole artificiel. 4. Il s’agit des scientifiques de l’Agence japonaise des sciences et technologies maritimes et terrestres (JAMSTEC). SOURCES Godard, Olivier. Y a-t-il une vie après Copenhague ? Alternatives Economiques, nº 288. Février 2010. A. Denny Ellerman et alii. Le prix du carbone. Les enseignements du marché européen du CO 2. Ed. Pearson. 2010. Taverdet-Popiolek, Nathalie et Thais-I-Tésé, Françoise. Emergence des technologies de charbon propre – L’Europe saura t- elle donner à temps l’impulsion nécessaire ? Revue de l’Energie, nº 590. Juillet-Août 2009. James E. Miller, Mark D. Allendorf, Richard B. Diver, Lindsey R. Evans, Nathan P. Siegel, and John N. Stuecker “Metal Oxide Composites and Structures for Ultra-High Temperature Solar Thermochemical Cycles” J. Mater. Sci. 2008. Le captage et stockage géologique du carbone : un bilan intérimaire du Conseil Mondial de l’Energie. World Energy Council. 2007. www.energie.lexpansion.com; www.sandia.gov/news/publications; www.enerzine.com 2