Les expériences de stockage de CO 2 en cours : bilan Alain Bonneville Conférence-débat «LA SÉQUESTRATION DU CO2» Académie des Sciences, Paris 19 mai 2009
Le contexte général Réduction des émissions de gaz à effet de serre pour lutter contre le réchauffement climatique. Engagements internationaux: -Protocole de Kyoto; -Union Europénne et nationaux : - France (2004), Etats-Unis (2004),etc.
Le défi des 2 degrés celsius Limiter le réchauffement climatique à deux degrés C. au dessus des niveaux pré-industriels tel est le défi relevé par le Conseil, le Parlement et la Commission Européenne.
Pour atteindre cet objectif Conseil Européen du 20 février 2007 : -20% de réduction des émissions de GES en 2020 (par rapport à 1990) avec d'ici 2020 un gain de 20% d'efficacité énergétique et 20% de l'énergie d'origine renouvelable dès 2020, toute nouvelle centrale charbon devra être équipée d'un dispositif de capture de CO2 : ZEP : Zero Emission fossil fuel power plant Platform vers zéro émission de CO2. 12 pilotes de taille pré-industrielle en Europe d'ici 2015 (9 milliards d Euros de financement par la CE).
Capture, Transport et Stockage de CO 2 CSC ou CCS pour Carbon Capture and Storage. Agir sur les sources concentrées de CO2 principalement les centrales thermiques pour capturer le CO2 puis le transporter et l enfouir dans le sous-sol pour qu il y reste plusieurs milliers d années si possible.
Qu est-ce une source de CO 2 adaptée au stockage géologique? Important point d émission permanent. Haute concentration en CO 2 des fumées produites A distance raisonnable d un site de stockage souterrain potentiel
Sources permanentes émettant plus de 0.1 MtCO 2 /an Plus de la moitié des émissions mondiales
Les états du CO2 Domaine super-critique 73.8 solide liquide point triple gaz (31 C) Pour P> Pc et T>Tc, le CO2 est à l état supercritique.
Que devient le CO2 une fois injecté? CO 2 gazeux CO 2 gazeux, liquide ou supercritique CO 2 supercritique
Stockage géologique du CO 2 1) Type de piégeage 2) Grands types de réservoir 3) Les sites existants 4) Deux exemples: Sleipner et Ketzin 5) Bilans
Formations géologiques concernées 5-200 Gt 1000-10 000 Gt 600-920 Gt
Mais pas seulement
Formations géologiques concernées Niveau plus perméable les roches basiques (séquestration minérale)
Avantages / inconvénients Gisements d'hydrocarbures (huile / gaz) Structures piégeantes Etanches (aux gaz non réactifs) Objets bien connus Intérêt économique via RAH Veines de charbons (non exploitées) Volumes poreux et perméabilité faibles Récupération de méthane possible
Avantages / inconvénients Aquifères salins Grande capacité de stockage Eau non potable Généralement peu connus Roches basiques Volumes poreux et perméabilité faibles Stockage minéral
Injection et stockage de CO 2 + 70 projets RAH-CO 2 aux Etats-Unis. + 4 projets RAH-CO 2 au Canada Snohvit Alberta ECBM Teapot Dome Rangely Burlington Zama Penn West Weyburn Mountaineer West Pearl Queen Frio Sleipner K-12B In Salah CO 2 SINK RECOPOL Sibilla Qinshui Basin Hokkaido Nagaoka Champ de pétrole Veine de charbon Projet RAH Champ de gaz Aquifères salins Cerro Fortunoso Otway Basin
Vrais sites de stockage de CO 2 Sleipner Snohvit Weyburn Frio K-12B In Salah CO 2 SINK Nagaoka Otway
2009: stockages existants Projet Pays Début injection Injection (tco 2 /jour) Stockage prévu (tco 2 ) Type de Réservoir Weyburn Canada 2000 3 000 5 000 20 000 000 RAH In Salah Algérie 2004 3 000 4 000 17 000 000 champ gaz Sleipner Norvège 1996 3 000 20 000 000 aquifère salin Ketzin Allemagne 2008 100 60 000 aquifère salin Otway Australie 2008 160 100 000 aquifère salin K12B Hollande 2004 100 8 000 000 RAH Nagaoka Japon 2003-05 30-40 10000 aquifère salin Snohvit Norvège 2008 2000? aquifère salin Frio Etats-Unis 2004 177 1 600 aquifère salin
Deux exemples Sleipner CO 2 SINK
Un exemple de stockage de CO 2 dans un aquifère, champ de Sleipner, Norvège
Stockage à Sleipner : pourquoi? Le gaz naturel du gisement de Sleipner contient 9% de CO 2 dans le réservoir les spécifications pour la vente du gaz autorisent un maximum de 2,5% La décision de réinjecter le CO 2 a été prise en 1991, suite à l'introduction en Norvège d'une taxe sur les émissions de CO 2 de 50 /tonne CO 2 émise L'injection a débuté en septembre 1996 (1 Mt / an)
Stockage de CO 2 dans l'aquifère d'utsira Sleipner A Sleipner T Injection de CO2 - puits A16 Aquifère d'utsira CO 2 Sleipner Ouest Puits de production et d'injection Sleipner Ouest Formation de Heimdal : gisement de gaz
Un réservoir au potentiel énorme La capacité de stockage représente plus de 1000 fois les émissions annuelles de CO2 en Europe
Après 3 ans d injection Répartition du CO 2 après 3 ans. 800m de rayon pour la plus grosse bulle et 200 m de haut pour le panache total. Ref: SINTEF Petroleum 2001
Et sur le long terme... Year 2021 Year 2412 Simulation de la dissolution du CO 2 dans l eau Year 2621 Year 5019 Year 7018 Source: Gemini No. 1, 2004 (NTNU and Sintef) 27
Bilan après 13 ans d injection... Le suivi sismique 4D a montré son efficacité même s il reste à améliorer sur le plan de l interprétation quantitative; Les outils numériques de simulation de réservoir ont été testés et améliorés; La connaissance géologique de la formation d Utsira a été améliorée. Bonnes raisons de penser que le CO2 va rester là des milliers d années.
KETZIN Ketzin Berlin Potsdam 0 25 50 km
CO 2 Sink - Objectifs Injection de CO2 dans un aquifère salin à Ketzin Etablir un laboratoire grandeur nature d étude du stockage de CO 2 à terre pour : améliorer les procédés d injection et de stockage du CO 2 mieux comprendre le devenir du CO 2 en profondeur développer des outils de surveillance développer un guide de bonne pratique du stockage géologique du CO 2 Budget: > 21.0000.000 (CE 8.700.000 ) Calendrier : 2004 2010 Puits Site d Injection Puits d injection de CO 2 0 s N 0.5 s Top Cap Rock Puits d injection Puits d observation 1.0 s Seismic 3D Survey
Ancien stockage de gaz naturel Dans les années 60, installation d une unité de stockage de gaz importé de Sibérie Modernisation complète dans les années 1990. Fermeture en 2004. Le gaz était stocké dans des grès à faible profondeur (250 400 mètres)
CO 2 SINK est un projet européen intégré GeoForschungsZentrum Potsdam (D) G.E.O.S. Freiberg Ingenieurgesellschaft (D) Geological Survey of Denmark and Greenland (DK) Mineral and Energy Economy Research Institute (PL) Det Norske Veritas (N) Statoil (N) Shell International Exploration and Production (NL) University of Stuttgart (D) Vibrometric Finland (SF) University of Kent (GB) Uppsala University (S) RWE Power AG (D) International Energy Agency Greenhouse Gas Programme (GB) Vattenfall Europe Generation (D) Verbundnetz Gas AG (D) Siemens AG Power Generation (D) E.ON Energie AG (D) Schlumberger Carbon Services (Fr)
Coupe géologique Surface ancien réservoir de stockage de gaz (prof. 250 400 m) Couverture argileuse Stockage de CO 2 (prof ~700 m)
Géologie / Surveillance Forage et diagraphies
Que veut-on surveiller? Pourquoi? La migration du CO2 (chemins préférentiels d écoulement, etc.); Le comportement du CO2 (hydrodynamique, solubilité, séquestration minérale, réactions microbiologiques) ; Les méthodes d injection (pression); L intégrité de la couverture; L intégrité du réservoir (fracturation notamment). Gestion du réservoir Evaluation du risque (modèle numérique de réservoir, sûreté à court et long terme).
Bilan à ce jour Démarrage projet : avril 2004 Obtention des autorisations de stocker le CO 2 (loi fédérale allemande et de l état de Brandenburg). Réalisation de 3 puits avec outils de surveillance intégrés (DTS, ERT) Etat zéro réalisé Arrivée du CO 2 au 1er puits d observation au moment prévu par les modèles. Premiers résultats de surveillance en cours d interprétation
Quelle premières conclusions tirer? Des millions de tonnes de CO 2 ont déjà été injectées sans problèmes majeurs sur plus de 9 sites. Les outils de modélisation et surveillance ont été testés et améliorés. La maitrise technique semble donc acquise mais il reste des questions fondamentales : - prédiction du devenir du CO 2 stocké sur des milliers d années après l injection; - modélisation de l injection de grands volumes de gaz dans des réservoirs géologiques; - contrôle et gestion des processus d injection au niveau du forage et du réservoir;
Conclusions (2) - choix des outils adaptés pour la surveillance long terme du site; - rôle de la biosphère profonde; - diversification des formations géologiques réservoirs. Il est indispensable de disposer sur les 5 à 10 ans à venir de sites tests largement ouverts à la communauté scientifique avant de passer à une échelle plus industrielle.
Développement de la filière CSC Part de marché 2025-2040 2015-2030 Commercialisation 2010-2020 R&D Démonstration Passage à l échelle industrielle Temps
Et pour les 5 ans à venir. Projets capture + stockage actifs Projets suspendus Projets stockage actifs
Merci Sources documentaires - BRGM www.brgm.fr - CO2GEONET www.co2geonet.com - CO2SINK www.co2sink.org - EC ec.europa.eu - IEEP www.ieep.eu - IFP www.ifp.fr - IPCC www.ipcc.ch - IPGP www.ipgp.fr - STATOIL www.statoil.com