La nouvelle industrie du carbone

Depuis les fenêtres givrées de l’habitacle, les plus grandes centrales géothermiques transfigurent le paysage. Sur la voie rapide, la route une, il aura fallu près d’une heure et vingt minutes en chasse-neige pour atteindre le site d’Orca depuis la capitale islandaise Reykjavik. Au loin, des montagnes émeraude brunies par le gel. Et sur la plaine, au milieu des fumées blanches et des strates de béton, trois petits dômes argentés reliés par d’immenses tuyaux surgissent. Derrière, une devanture : Carbfix, tout droit sorti d'un conte futuriste.

À l’origine du projet, quatre partenaires fondateurs se réunissent en 2006. Autour de la table, Reykjavík Energy, l'Université d'Islande, le CNRS de Toulouse et le Earth Institute de l'Université de Columbia. Le projet est mené par le chef de projet Hólmfríður Sigurðardóttir, le Dr Sigurður Gíslason et le Dr Eric Oelkers. Dès l’année suivante, les rejoindront plusieurs autres instituts de recherche ; notamment Amphos 21, Climeworks et l'Université de Copenhague. Leur idée : imiter et accélérer un processus naturel par lequel l’interaction des formations rocheuses et du CO₂ dissous forment des minéraux carbonatés thermodynamiquement stables, véritables hôtes de stockage permanent et inoffensifs pour l'environnement.

En sept ans seulement, Carbfix est passé d'une idée sur papier à un procédé industriel entièrement opérationnel, rentable et respectueux de l'environnement, permettant de capter le CO₂ et le H2S provenant de sources d'émission et de les stocker de manière permanente sous forme de roche dans le sous-sol. Ce développement rapide et réussi de l'innovation a été fondé sur une collaboration entre l'industrie et le monde universitaire, avec la participation active de scientifiques, d'ingénieurs et d'ouvriers interdisciplinaires. La prochaine génération d'experts en solutions climatiques a été simultanément formée activement par le biais de postes de recherche de premier et deuxième cycles.

Au cours des premières années du projet, l'accent a été mis sur l'optimisation de la méthode par le biais d'expériences en laboratoire, d'études d'analogues naturels, de la modélisation du réservoir et de la caractérisation du site d'injection pilote de Carbfix, souvent appelé site Carbfix1, de la capture du gaz, de l'injection et de l'équipement de surveillance. Ces travaux ont été menés simultanément à un processus complet d'octroi de licences, au cours duquel plus de dix permis ont été acquis pour les opérations prévues sur le terrain.

Des injections pilotes ont été réalisées en 2012 sur le site d'injection pilote de Carbfix en collaboration avec ON Power, situé à 3 km au sud-ouest de la centrale électrique d'Hellisheidi, dans le sud-ouest de l'Islande. De janvier à mars, 175 tonnes de CO2 pur ont été dissoutes et injectées à environ 500 m de profondeur à environ 35°C, et de juin à août, 73 tonnes de mélange gazeux 75 % CO2-25 % H2S provenant de la centrale géothermique Hellisheidi ont été injectées dans les mêmes conditions. Les résultats de la phase pilote ont été publiés dans Science en 2016, ce qui a confirmé la minéralisation rapide du CO2 injecté.

Après le succès des opérations pilotes CarbFix et les premières indications d'un stockage minéral rapide, le passage à l'échelle industrielle des opérations de CSC à la centrale électrique de Hellisheiði et le captage simultané du CO2 et du H2S par un simple procédé de lavage à l'eau en une seule étape. Une usine de capture à l'échelle réelle pour deux des six turbines à haute pression a été construite à côté de la salle des turbines, qui a commencé à fonctionner à l'échelle industrielle pilote en 2014. Depuis, l'installation fonctionne en continu, sans incident, et la capacité de captage a été doublée en 2016.

Les plans prévoient de ramener les émissions de la centrale à un niveau proche de zéro dans les années à venir. Le coût des opérations de CSC sur site à Hellisheiði est de 24,8 dollars américains par tonne, soit moins que le prix moyen récent d'un quota de carbone dans le système communautaire d'échange de quotas d'émission. En appliquant le procédé Carbfix pour capturer et minéraliser le H2S, au lieu des méthodes conventionnelles d'élimination du soufre, qui consistent à transformer le H2S en soufre élémentaire ou en acide sulfurique, des avantages économiques importants ont été obtenus. Ainsi, les coûts d'investissement et d'exploitation de l'approche Carbfix ne représentent que 3 à 30 % de ceux des méthodes conventionnelles d'élimination du soufre.

La société cherche à exploiter le processus naturel qui se produit lorsque le dioxyde de carbone se minéralise dans une roche poreuse. Carbfix s'est principalement concentrée sur deux projets : premièrement, la capture du dioxyde de carbone et du sulfure d'hydrogène provenant des émissions de la centrale électrique Hellisheiði, et deuxièmement, la capture du dioxyde de carbone directement dans l'atmosphère. Carbfix parvient à capturer environ un tiers du dioxyde de carbone émis par la centrale Hellisheiði, ce qui équivaut à environ 12 000 tonnes par an. En outre, environ 5 000 tonnes de sulfure d'hydrogène sont éliminées des émissions de la centrale. Ce processus consiste à capturer le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène des émissions en les dissolvant dans l'eau. Cela produit "une eau sulfureuse pétillante plutôt dégoûtante", comme le dit Sandra, qui est injectée profondément dans le basalte de Hellisheiði. Comme l’eau gazeuse a une densité plus élevée que l'eau présente dans le sol, elle ne monte pas, mais s'enfonce plus profondément dans les strates. De plus, comme elle est très acide, elle libère les métaux de la roche, qui minéralisent ensuite le mélange de CO2.

Le procédé Carbfix est appliqué pour réduire considérablement les émissions de CO2 et de H2S de la centrale électrique de Hellisheiði depuis 2014, après des injections à l'échelle pilote réussies en 2012. La technologie peut être adaptée à d'autres industries émettrices de carbone, telles que la production d'acier, de fer et de ciment, et plusieurs projets pilotes sont en cours dans le but d'adapter la technologie à d'autres industries et à d'autres circonstances. Carbfix a été constituée en tant que filiale de Reykjavik Energy (OR) fin 2019 et a commencé ses activités en tant qu'entité distincte le 1er janvier 2020. La mission de l'entreprise est de devenir un instrument clé dans la lutte contre la crise climatique en atteignant un milliard de tonnes de CO₂ stocké de manière permanente (1 GtCO2) aussi rapidement que possible.

"Au cours des premières années du projet, l'objectif principal était d'optimiser la méthode par des expériences en laboratoire, des études d'analogues naturels et la caractérisation du site d'injection pilote de Carbfix, souvent appelé site Carbfix1, où les injections pilotes ont eu lieu. La conception et la construction des équipements de captage, d'injection et de surveillance des gaz ont été réalisées simultanément” explique Kári Helgason, directrice de l’innovation. Aujourd'hui, la technologie est prête à être transposée à grande échelle dans le monde entier.