Stocker le CO 2 en sous-sol : une autre voie pour réduire les émissions atmosphériques?

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Yvonne Pépin
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1 Formation EF4 05/06/08 Stocker le CO 2 en sous-sol : une autre voie pour réduire les émissions atmosphériques? Dr Ir Jean-Marc Baele Service de Géologie Fondamentale et Appliquée Pôle Energie Faculté Polytechnique de Mons 9 rue de Houdain, 7000 Mons Jean-marc.baele@fpms.ac.be PLAN 1) Introduction 2) Principe du stockage géologique du CO 2 3) Etat de l art et projets en cours 4) Possibilités en Belgique 6) Le coût et les risques 7) Réglementations 2 1

2 1. Introduction Contexte actuel de la Capture et du Stockage géologique du CO 2 (CCS) : - Moyen de mitigation figurant parmi les plus prometteurs (rapports IPCC, communication et projet de directive EU 2008, rapport commission belge énergie CE30, ) - Faux espoir (rapports EREC / Greenpeace energy [r]evolution et False Hope ) La CCS doit être considérée comme une technique complémentaire et de transition Challenges : Coût et risques à diminuer à temps 3 2. Principe du CCS (Carbon Capture and Storage) 3 étapes : Capture / Transport / Stockage 1) Capture Post-, précombustion, oxyfuel, sépar. industrielle Etape onéreuse (>70% coût total CCS) 2) Transport Pipeline, tankers Coût % distance (sauf backbone pipeline) 3) Stockage Gisements gaz/pétrole, aquifères, veines de charbon Coût variable suivant récupération conjointe d hydrocarbures (EOR, EGR, ECBM) 4 2

3 2. Principe du CCS (Carbon Capture and Storage) Principe du stockage (séquestration) géologique : Injecter le CO 2 dans un réservoir géologique (roche poreuse et perméable) Les propriétés du réservoir et des roches qui le délimitent (caprock : roches non poreuses et non perméables) immobilisent le CO 2 à grande profondeur Profondeur minimale : ~800 m = conditions d injection supercritique (gain de capacité sans changer l injectivité) Profondeur maximale : ~ m (diminution de la perméabilité des roches) 5 2. Principe du CCS (Carbon Capture and Storage) Processus de séquestration : Physique : confinement structural/stratigraphique Physico-chimique : forces capillaires Physico-chimique : adsorption (cas particulier du charbon) Profondeur optimale ~1000 m Chimique : dissolution Minéralogique : précipitation (mineral trapping) 6 3

4 Capacité d adsorption du charbon (CH 4 ) : m depth range Hildenbrand et al. (2006) 7 8 Source : IPCC 4

2. Principe du CCS (Carbon Capture and Storage) Capacité mondiale : Type de réservoir géologique Capacité estimée (Gt CO 2 ) 1) Gisements de pétrole/gaz déplétés 700-1000 2)

5 2. Principe du CCS (Carbon Capture and Storage) Capacité mondiale : Type de réservoir géologique Capacité estimée (Gt CO 2 ) 1) Gisements de pétrole/gaz déplétés ) Aquifères profonds (?) 3) Veines de charbon Total de ~2000 Gt, soit 15 à 55% abattement des émissions > 2100 Le potentiel est là 9 10 (Rapport GIEC 2005) 5

6 2. Principe du CCS (Carbon Capture and Storage) Autres réservoirs géologiques / options de stockage : 1) Formations («cavités») salines - Capacité limitée - Conflit d intérêt avec stockage saisonnier de gaz ou enfouissement de déchets plus «nobles» 2) Formations basaltiques (> mineral trapping) - Perméabilité beaucoup trop faible 3) Stockage océanique - Risque environnemental trop important Etat de l art et projets en cours Etat de l art : Techniques de stockage - Commerciales : EOR* - Matures : EOR**/EGR, aquifères - En démonstration : ECBM * : EOR à production optimisée ** : EOR à injection optimisée EOR : Enhanced Oil Recovery ; EGR : Enhanced Gaz Recovery ; ECBM : Enhanced Coal Bed Methane recovery

7 3. Etat de l art et projets en cours Exemples de projets en cours : Industriels : - Sleipner (Nor) : Aquifère - Weyburn (Can) : EOR - In Salah (Alg) : Aquifère Pilote : - Recopol/MovEcbm : charbon (ECBM) + Pilotes CCS (EU)!! * Challenges : Efficacité (performances) et sécurité * Communication From the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions : Supporting Early Demonstration of Sustainable Power Generation from Fossil Fuels (Brussels, ) Etat de l art et projets en cours Projets existants ou en cours : Sleipner (Norvège) : 1 Mt/an depuis 1996 In Salah (Algérie) : 1,2 Mt/an depuis 2004 K12b (Pays-Bas) : >0,1 Mt/an depuis 2004 Snohvit (Norvège) : 0,75 Mt/an à partir de 2007 Gorgon (Australie) : 129 Mt à partir de 2008 Permian Basin (USA) : 500 Mt depuis 1972 Weyburn (Canada-USA) : 1 Mt/an depuis 2000 RECOPOL & MOVECBM : 700 t en

8 Projets de stockage géologique du CO 2 dans le monde Source : IPCC 15 Projets Sleipner Source : IPCC

9 Projets Sleipner 17 D après CO2 STORE Projet In Salah (Algérie) Source : Sonatrach

10 Projet In Salah (Algérie) Source : IPCC Etat de l art et projets en cours Cas particulier du charbon : Problèmes d injectivité - Initiale (faible perméabilité de la plupart des charbons) - En cours d exploitation (diminution de la perméabilité due au gonflement ou swelling) Cinétique d adsorption

11 Principe très schématique de l ECBM 21 Echange CO 2 CH 4 dans le charbon

12 Isothermes d adsorption CO 2 CH 4 (Silésie) Echantillon RECOPOL (VRr=0.851%) T=45 C 1,6 1,4 masse adsorbée ( mmol/g charbon) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, P (Bar) CH4 CO2 Laboratoire de Thermodynamique - FPMs 23 m asse adsorbée (m mol/g coal) Isothermes d adsorption charbon CO 2 CH 4 (T = 45 C) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, P (Bar) Laboratoire de Thermodynamique - FPMs

4. Possibilités en Belgique 1) Aquifères : Campine et Hainaut 2) Veines de charbon : Campine et Hainaut + Potentiels à peu près équivalents (centaines de MtCO 2 ) + Intérêt

13 4. Possibilités en Belgique 1) Aquifères : Campine et Hainaut 2) Veines de charbon : Campine et Hainaut + Potentiels à peu près équivalents (centaines de MtCO 2 ) + Intérêt industriel local (correspondance source/sink) - Estimations sur papier exploration géologique et tests in situ nécessaires 25 D après Piessens et Dusar (projet GESTCO)

14 Allocations des Quotas Wépion, le 5 juin 2008 JM Baele CCS Formation EF4, le 05/06/08 Gaz et charbon en Europe du Nord 27 JM Baele CCS Formation EF4, le 05/06/08 Géologie profonde du Hainaut COUVERTURE («mortsmorts-terrains») Crétacé et Tertiaire

15 Allocations des Quotas Wépion, le 5 juin 2008 JM Baele CCS Formation EF4, le 05/06/08 Géologie profonde du Hainaut 29 JM Baele CCS Formation EF4, le 05/06/08 5. Aspects légaux (concessions) 1) Bois-du-Luc : ± 2) Autres D après Baele (projet PSS-CCS)

16 3. Possibilités en Belgique Projets réalisés/en cours : 1) Etudes d évaluation de potentiel (GSB, VITO, FPMs) 2) Projet PSS-CCS (K. Piessens/GSB, VITO, ULg, FPMs) Outil de simulation technico-économique ( 3) appel à projet RW pour un pilote ECBM ) Le coût et les risques Coût encore trop élevé (5-20 USD/t stockage seul) - La rentabilité actuelle dépend du contexte économique/fiscal local - Gros efforts R&D actuels pour diminuer le coûts objectif : réduction de 50% (capture) Importance du prix du carbone à l avenir

17 4. Le coût et les risques Les risques (stockage seul) sont de deux types : Fuites diffuses (efficacité du stockage) Fuites massives et brutales (sécurité du stockage) - A estimer au cas par cas! (parfaite connaissance de la configuration géologique) - R&D (monitoring y compris) encore nécessaire Réglementations Actuellement pas de réglementation spécifique Offshore : réglementation propre à l exploitation des champs pétroliers/gaziers Onshore : adaptation des réglementations minières le cas échéant (cas du charbon) Directive européenne proposée en Janvier

18 Merci pour votre attention

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