Bio-CCS (CPER Artenay) Faisabilité technique et économique Bilans environnementaux

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Marie-Ange Ménard
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1 Bio-CCS (CPER Artenay) Faisabilité technique et économique Bilans environnementaux A. Fabbri, D. Bonijoly, H. Bauer, O. Bouc, G. Bureau, C. Castagniac, F. Chapuis, F. Garrido, X. Galiègue, S. Grataloup, A. Laude, A. Leynet, P. Le Thiez, G. Munier, O. Ricci, J. Royer-Adnot, C. Zammit BRGM \ GÉO \ G2R

2 Lutter contre le changement climatique > C est : Diminuer notre consommation d énergie fossile en augmentant l efficacité énergétique de nos installations et en utilisant les biocarburants Capter et stocker le CO 2 émis par les installations fixes utilisant des énergies fossiles > Mais le CCS, c est : Pénalisant énergétiquement Cher > Une solution originale : le Bio-CCS Disposer d un flux de CO 2 pur (ou presque) Disposer d un CO 2 neutre environnementalement Permettre une épuration de l atmosphère (émissions négatives) > 2

3 Pourquoi stocker le carbone de la biomasse? Ordre de magnitude Emissions France en 2013 : t CO2 /an Aciérie ArcelorMittal de Dunkerque : t CO2 /an Centrale thermique de Cordemais (EDF) : t CO2 /an Usine d Artenay : t CO2 /an Impact du Bio-CCS? > 3

4 Pourquoi stocker le carbone de la biomasse? CO 2 Impact du Bio-CCS? Un cycle du Carbone potentiellement négatif Biofuels + Coproduits Cycle du Carbone potentiellement négatif CO 2 ** distillerie Biomasse Gaz naturel CO 2 Fermentation + Besoins énergétiques* Stockage géologique * Besoins pour la culture (betterave sucrière), la distillation (hydrolyse, fermentation et OH séparation), et la capture ** émissions ne pouvant être capturée > 4

5 Objectifs du projet I Faisabilité géologique II - Evaluation des bénéfices environnementaux III - Faisabilité économique VI Analyse des conditions de développement du Bio-CCS Conclusion > 7

$Région Centre BRGM \ GÉO \ G2R Artenay$

6 I/ Description du cas d étude Toury Région Centre BRGM \ GÉO \ G2R Artenay > 8

7 I/ Caractéristiques géologiques du sous-sol Réinterprétation de 300 km de lignes sismiques Analyse de puits > 9

8 I/ Modélisation géologique 3D (Petrel ) > Calcul des surfaces pour le Trias et import dans Petrel Interpolation (ISATIS ) > 10

9 I/ Modélisation géologique 3D (Petrel ) > Modélisation de la distribution de la perméabilité Distribution 3D des faciès perméables : méthode stochastique intègrant une anisoptropie SW déduite de l étude sédimentologique Application aux sables de Donnemarie et de Chaunoy > 11

10 I/ Simulation de l injection (Coores ) > Objectif Estimer le taux d injectivité et la distribution de la pression (surpression) de la bulle de CO 2 après 30 ans d injection. > Scenarii Taux d injection maximum : 200kt/an. Limites finies du modèle. Failles considérées comme des barrières hydrauliques. Conclusion Surpression ne dépasse pas 30% de la pression initiale pour 1 puits d injection quel que soit le cas La capacité du réservoir est largement suffisante au regard des objectifs du projet > 12

11 II/ Bilan environnemental : Schéma simplifié du processus industriel > 13

12 II/ Bilan environnemental : résultats Cas initial 0 > 14

13 II/ Bilan environnemental : résultats Capture sur la fermentation uniquement > 15

14 II/ Bilan environnemental : résultats Capture sur la fermentation et la chaudière à gaz > 16

gco 2,eq /MJ II/ Bilan environnemental : discussion Comparaison avec la production de gaz naturel 100 Bilan des émissions de GHG (gco2eq/mj) 80-37 % - 75 % - 110 % 60 40 20 0-20 Regular gas

15 gco 2,eq /MJ II/ Bilan environnemental : discussion Comparaison avec la production de gaz naturel 100 Bilan des émissions de GHG (gco2eq/mj) % - 75 % % Regular gas production & consumption Bioethanol production & consumption Bioethanol Production & Consumption CCS on fermentation unit Bioethanol Production & Consumption CCS on fermentation and cogeneration unit 0 x 1 x x 11 x x 11 > 17

16 MJ NR /MJ II/ Bilan environnemental : discussion Comparaison avec la production de gaz naturel Bilan des consommations Non renewable en energy énergie balance non renouvelable (MJ NR /MJ) (MJ NR /MJ) 1,4 1,2 1 Non renewable energy balance close to regular oil one Non renewable energy balance significantly lower than regular oil one 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Regular gas production & consumption Bioethanol production & consumption Bioethanol Production & Consumption CCS on fermentation unit Bioethanol Production & Consumption CCS on fermentation and cogeneration unit 0 x 1 x 1 x 1 > 18

17 II/ Bilan environnemental : Conclusions > Technologie du Bio-CCS CCS appliqué à la production de bioéthanol permet une réduction de 60% des émissions de GHG alors qu il n augmente la consommation d énergie fossile que de 4% CCS appliqué à l ensemble du l usine (sucre et éthanol) conduit à des émissions négatives mais augmente la consommation d énergie fossile de 40% > Quel que soit le cas, les bilans énergétique et environnemental sont plus avantageux pour le bioéthanol avec Bio-CCS que pour le gaz naturel > 19

18 III / Faisabilité économique : hypothèses de travail Variables géologiques Injectivité, stockage capacité,... Module paramètres CCS : Mise en relation Capacités source to sink, distance, topographie, Description raffinerie Besoins en biomasse, émissions de CO2 Capture Transport Injection Stockage Analyse des Investissements (Capex) et coûts de fonctionnement (Opex) Analyse Cycle de Vie (ACV) Comportement long terme : prix du CO 2 Prix des combustibles fossiles ; prix de la biomasse et du bioéthanol. Analyse économique méthode des flux de trésorerie actualisés Politiques Subventions ETS > 20

19 III / Faisabilité économique : résultats Prix élevé du CO 2 évité... x 1 x 1 x 1 x 2 x 2 x 2 en raison des faibles volumes de CO 2 & des flux de production irréguliers BRGM \ GÉO \ G2R une solution : la mutualisation > 21

III / Faisabilité économique : discussions Le calcul a été effectué en supposant que tout le CO2 stocké (sous forme soit de biomasse ou de combustible fossile) est pris en compte comme une réduction

20 III / Faisabilité économique : discussions Le calcul a été effectué en supposant que tout le CO2 stocké (sous forme soit de biomasse ou de combustible fossile) est pris en compte comme une réduction des émissions Problème : pour l ETS, le carbone est considéré comme non émis [From Sina Wartmann, CCS Stakeholder Event, Brussels, 12 September 2008] ETS (système européen d'échange): les émissions de CO 2 provenant de la biomasse ne sont pas pris en compte Seuls les émetteurs inclus dans l'ets peuvent gagner des permis d'émission > 22

21 Conclusions Que manque-t-il pour un large développement du Bio-CCS? Présence de composés organiques dans le flux CO 2 Nécessite d estimer son impact Faibles volumes de CO 2, production saisonnière Nécessite la mutualisation CO 2 d origine biologique Doit être pris en compte dans l ETS Coût élevé mais bénéfice environnemental important Nécessite une politique environnementale > 23

22 Conclusions Le Bio-CCS reste une voie prometteuse pour réduire les émissions de CO 2. En raison de son intérêt environnemental, le Bio-CCS doit être encouragé : un pilote devrait permettre d'accroître le soutien politique à la technologie et la confiance du public. Ce potentiel est en cours d évaluation aux USA. Le projet Illinois Basin-Decatur a injecté 1,000,000 tonnes de CO2 à 2000 mètres de profondeur (National Energy Technology Laboratory) > 24

23 Merci de votre attention > 25

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