La plupart des discussions sur les émissions industrielles supposent que le problème est énergétique. Pour les secteurs les plus difficiles, ce n'est pas le cas.
Les émissions de procédé, c'est de la chimie, pas du carburant
La distinction qui réorganise tout dans cette direction.
La production de ciment chauffe le calcaire pour produire du clinker. La réaction chimique, la calcination, libère du dioxyde de carbone directement issu de la roche. Cette libération n'est pas une conséquence de la façon dont le four est chauffé. C'est la réaction elle-même. Une part substantielle des émissions du ciment provient de cette voie, et elle persiste même si le four fonctionne à l'énergie entièrement propre.
La sidérurgie primaire réduit le minerai de fer à l'aide de carbone, typiquement du coke dans un haut fourneau. Le carbone extrait l'oxygène du minerai et repart sous forme de dioxyde de carbone. Là encore, c'est la chimie qui fait ce pour quoi elle est là.
L'ammoniac, la chaux et plusieurs autres procédés chimiques ont la même structure.
On ne peut pas décarboner une réaction en changeant sa source d'alimentation électrique.
Les options sont réellement limitées et chacune est substantielle. Changer la chimie, comme le fait la réduction directe à l'hydrogène pour l'acier. Changer le matériau, comme le tentent les formulations de ciment alternatives et les matériaux cimentaires complémentaires. Capter le dioxyde de carbone et le stocker durablement. Ou utiliser moins de matière grâce à la conception, au réemploi et à l'efficacité, ce qui est sous-estimé et souvent la tonne la moins chère disponible.
Chacune de ces options est un programme technique différent exigeant des profils différents, et traiter la décarbonation industrielle comme un sujet unique, c'est comme cela que les organisations finissent par former pour la mauvaise voie.
Ce que couvre cette direction
Le périmètre : captage et stockage du carbone, valorisation du carbone, captage direct dans l'air, émissions de procédé industriel et secteurs difficiles à décarboner.
Quatre volets.
Émissions de procédé. D'où elles viennent, secteur par secteur, et quelles voies existent pour les réduire.
Chaleur de procédé. Électrification, hydrogène, biomasse et les seuils de température qui départagent ces options.
Captage, transport et stockage. Technologies, coûts, infrastructure et surveillance.
Systèmes et économie. Tarification du carbone, ajustement aux frontières, marchés pilotes et ce qui rend réellement un projet viable.
La chaleur, l'autre moitié difficile
L'industrie a besoin de chaleur à des températures très diverses, et la difficulté augmente fortement avec la température.
La chaleur basse température, sous environ 150 degrés, couvre une grande partie des usages alimentaires, textiles et de fabrication légère. Les pompes à chaleur industrielles y répondent déjà largement aujourd'hui, et le dossier économique se tient souvent sans subvention.
La chaleur moyenne température, jusqu'à quelques centaines de degrés, peut être délivrée par résistance électrique, systèmes vapeur et pompes à chaleur haute température, le coût dépendant fortement du rapport entre les prix de l'électricité et du gaz.
La chaleur haute température, au-dessus d'environ mille degrés pour le ciment, le verre, la céramique et les métaux, est là où cela devient difficile. Des options électriques existent mais ne sont pas matures à l'échelle et à la sollicitation qu'exigent ces procédés, les fours sont des actifs capitalistiques énormes à longue durée de vie, et le procédé lui-même est souvent sensible à la façon dont la chaleur est délivrée plutôt qu'à sa seule quantité.
C'est là que l'hydrogène a son dossier le plus défendable, et où la biomasse et la chaleur solaire concentrée apparaissent dans des contextes spécifiques.
Le point pratique pour une main-d'œuvre est qu'électrifier la chaleur est en général un projet d'ingénierie à l'intérieur d'une usine existante, impliquant intégration thermique, refonte de procédé et infrastructure électrique, et les personnes capables de le faire sont des ingénieurs de procédé dotés d'une compréhension électrique. Cette combinaison est rare.
Où cela se situe dans le domaine
Gestion du carbone et décarbonation industrielle est la huitième des neuf directions du domaine énergie, climat et nucléaire d'Astra Trainer. Elle dépend de la science et de la technologie du climat pour une mesure crédible, de l'hydrogène et de la technologie des piles à combustible pour les voies à haute température et de réduction chimique, et des systèmes énergétiques et réseaux électriques pour l'électricité qu'exige toute voie d'électrification.
Elle se connecte aussi vers l'extérieur à la fabrication avancée, où se met en œuvre le changement de procédé, et aux matériaux avancés, où se situent les ciments alternatifs et la substitution de matériaux bas carbone. Vous pouvez découvrir les neuf directions ici.
Le captage du carbone, à sa véritable position
Une technologie qui attire des avis tranchés dans les deux sens, et le tableau exact est moins satisfaisant que l'un ou l'autre.
Ça fonctionne. Capter le dioxyde de carbone d'un flux industriel concentré relève d'un génie chimique établi, et le stockage géologique s'appuie sur des décennies de pratique du sous-sol.
C'est coûteux, et le coût varie énormément avec la concentration de la source. Capter depuis un flux de haute pureté, comme la production d'ammoniac, coûte bien moins cher que capter depuis des fumées diluées, ce qui coûte lui-même bien moins cher que capter depuis l'air ambiant.
L'historique déployé est bien plus court que l'historique annoncé. Un nombre significatif de projets a été annulé, et plusieurs installations en exploitation ont rapporté des taux de captage inférieurs à leurs objectifs de conception. C'est un fait sur l'historique de livraison du secteur, et il appartient à toute évaluation honnête.
Le captage direct dans l'air en est à un stade très précoce. La physique est impitoyable : le dioxyde de carbone est un composant à l'état de trace dans l'air, si bien que l'énergie requise par tonne est élevée et que les coûts sont actuellement bien au-dessus du captage à la source. Il pourrait avoir un rôle pour des émissions réellement inévitables. Ce n'est pas une solution industrielle à court terme.
Utiliser le dioxyde de carbone capté n'équivaut pas à le stocker. La plupart des voies de valorisation le relâchent à nouveau, parfois rapidement. Seules la minéralisation durable et le stockage géologique permanent le maintiennent hors de l'atmosphère, et confondre les deux est l'une des représentations erronées les plus courantes de ce domaine.
L'infrastructure est la contrainte pratique. Le captage sans transport ni stockage est bloqué. Pipelines et sites de stockage exigent permis, surveillance et dispositifs de responsabilité de long terme qui, dans la plupart des endroits, n'existent pas encore à grande échelle.
Une position raisonnable est que le captage est probablement nécessaire pour les émissions de procédé sans alternative chimique, qu'il ne remplace pas la réduction là où des alternatives existent, et qu'il devrait être évalué projet par projet plutôt qu'approuvé ou rejeté en tant que catégorie.
Pourquoi le cycle de remplacement décide du calendrier
La contrainte qui reçoit le moins d'attention et qui explique l'essentiel du rythme.
Un four à ciment, un haut fourneau ou un vapocraqueur est un actif capitalistique dont la durée de vie se compte en décennies. Il est reconstruit ou substantiellement re-doublé par intervalles, et ces moments sont ceux où un changement technologique fondamental devient abordable. Entre-temps, le dossier économique pour abandonner un actif en fonctionnement est très difficile.
Trois implications.
Le calendrier compte plus que la disponibilité. Une usine faisant face à une décision de reconstruction dans les prochaines années est l'endroit où un changement technologique peut réellement avoir lieu. Une usine qui vient d'être re-doublée est verrouillée pour longtemps quel que soit l'environnement politique.
Les décisions sont effectivement irréversibles pour une génération. Choisir une reconstruction conventionnelle engage les émissions pour toute la durée de vie de l'actif, ce qui explique pourquoi ces décisions attirent l'attention des régulateurs et des investisseurs.
La planification de la main-d'œuvre suit le calendrier des actifs. Les compétences nécessaires sont connues des années à l'avance, car le calendrier de reconstruction est connu. C'est l'un des rares domaines où la demande de main-d'œuvre peut être prévue avec une réelle confiance, et cela est rarement exploité ainsi.
Les métiers, nommément
Ingénieurs de procédé pour les projets de décarbonation industrielle.
Ingénieurs captage du carbone. Captage, compression et conditionnement.
Spécialistes du stockage carbone et du sous-sol, recoupant largement le travail de sous-sol pétrole et gaz.
Ingénieurs chaleur industrielle et efficacité énergétique.
Ingénieurs électrification, la rare combinaison procédé et électricité.
Spécialistes matériaux pour les ciments alternatifs et les matériaux bas carbone.
Spécialistes mesure, reporting et vérification pour les volumes captés et stockés.
Développeurs de projets de décarbonation industrielle, traitant ensemble les questions techniques, politiques et de financement.
Analystes tarification carbone et politique publique.
Qui peut être formé pour ces métiers
Les ingénieurs de procédé et chimistes issus de l'industrie lourde. La population centrale. Ils connaissent l'usine, et ce dont ils ont besoin, c'est de l'éventail des options de décarbonation et de leur économie.
Les opérateurs et techniciens de site du ciment, de l'acier, du verre et de la chimie, qui comprennent où vont réellement l'énergie et la matière.
Le personnel de sous-sol du pétrole et du gaz. Vers le stockage du carbone, proche de la pratique existante.
Les responsables énergie. Vers l'intégration thermique et l'électrification, ayant déjà la vision de la consommation.
Les ingénieurs électriciens. Vers l'électrification industrielle, avec besoin du volet procédé.
Le personnel environnement et conformité. Vers la mesure et la vérification des volumes captés.
Le personnel financement de projet et commercial. Vers le développement de projets, où la contrainte décisive est en général le business case plutôt que l'ingénierie.
Dangers industriels et de manipulation du dioxyde de carbone. Les installations industrielles lourdes impliquent des procédés à haute température, des matériaux en fusion, des espaces confinés et des dangers d'accident majeur régis par des régimes légaux. Le dioxyde de carbone à forte concentration est asphyxiant et se manipule à haute pression ou en phase supercritique, avec des dangers spécifiques au transport et à l'injection. Les sites de stockage portent des exigences de permis, de surveillance et de responsabilité de long terme fixées par la loi et variant selon la juridiction. Astra Trainer construit une compréhension technique. Cela ne fournit ni formation aux dangers, ni habilitation, ni aucune autorisation de concevoir, exploiter ou travailler sur ces systèmes.
Ce qu'il faut en retenir
Les émissions industrielles les plus difficiles proviennent de la chimie plutôt que du carburant, si bien que l'électricité propre ne les atteint pas.
Les voies sont de changer la chimie, changer le matériau, capter le carbone ou en utiliser moins, et chacune est un programme différent exigeant des profils différents.
La chaleur de procédé à haute température est l'autre moitié difficile, et l'électrifier est un projet d'ingénierie de procédé à l'intérieur d'une usine en activité.
Le captage du carbone fonctionne, coûte beaucoup, a sous-livré par rapport aux annonces, et n'est pas interchangeable avec la valorisation du carbone.
Et le calendrier de reconstruction est le vrai calendrier. La demande de main-d'œuvre dans cette direction peut être prévue des années à l'avance à partir du calendrier des actifs, ce que presque personne ne fait.
Pourquoi le ciment et l'acier ne peuvent-ils pas simplement utiliser de l'électricité propre ?
Parce qu'une large part de leurs émissions provient de la chimie plutôt que de l'énergie. La calcination libère du dioxyde de carbone du calcaire, et la sidérurgie primaire utilise du carbone pour retirer l'oxygène du minerai de fer. Changer la source d'alimentation électrique n'affecte ni l'un ni l'autre.
Quelles sont les véritables options pour les émissions de procédé ?
Changer la chimie, comme la réduction directe du fer à l'hydrogène ; changer le matériau, comme les formulations de ciment alternatives ; capter et stocker durablement le dioxyde de carbone ; ou utiliser moins de matière par la conception et le réemploi.
Pourquoi la chaleur haute température est-elle difficile à électrifier ?
Parce que les options électriques à l'échelle et à la sollicitation des fours à ciment, des fours à verre et du traitement des métaux ne sont pas matures, que les fours sont des actifs capitalistiques à longue durée de vie, et que de nombreux procédés sont sensibles à la façon dont la chaleur est délivrée plutôt qu'à sa seule quantité.
Le captage du carbone fonctionne-t-il ?
Oui, et il est coûteux et a sous-livré par rapport aux annonces, plusieurs installations en exploitation rapportant des taux de captage inférieurs aux objectifs de conception. Il est le plus défendable pour les émissions de procédé sans alternative chimique, et devrait être jugé projet par projet.
Pourquoi le cycle de remplacement des usines compte-t-il ?
Parce que les actifs industriels majeurs se reconstruisent sur des cycles pluridécennaux, et ces moments de reconstruction sont ceux où un changement technologique fondamental devient abordable. Le calendrier est connu des années à l'avance, ce qui rend la demande de main-d'œuvre exceptionnellement prévisible.