La pyrolyse du méthane offre une possibilité prometteuse de production d’énergie décarbonée associée à une capture à long terme de CO2. L’Association pour la décarbonation de l’industrie s’est donné pour mission de faire passer cette technologie du laboratoire à la pratique, avec l’objectif clair d’un avenir durable et sans émissions.
Par Andreas Bittig, Association pour la décarbonation de l’industrie
La décarbonation de l’industrie représente l’un des plus grands défis sur la voie qui mène à la neutralité climatique. Alors que l’électrification progresse dans le secteur de la mobilité et dans le bâtiment grâce aux pompes à chaleur, l’industrie – et plus particulièrement les processus à haute température – restent fortement émetteurs de de CO₂. La solution pourrait venir d’une stratégie globale axée sur l’hydrogène, mais des obstacles infrastructurels, technologiques et économiques retardent sa mise en œuvre à grande échelle.
L’Association pour la décarbonation de l’industrie (VzDI/ApDI) poursuit une approche innovante qui utilise le méthane comme source d’énergie sans émettre de CO₂ dans l’environnement.
Naissance de l’initiative
L’initiative a été lancée en 2022 par l’Empa en qualité de partenaire scientifique, le site du Tech Cluster Zug et le fabricant d’électroménager V-ZUG dans le but de développer et de mettre en pratique des solutions faiblement émettrices pour les processus industriels. Le potentiel du procédé et l’urgence à trouver de nouvelles pistes de décarbonation ont séduit une douzaine de nouveaux partenaires et débouché sur la création de l’Association pour la décarbonation de l’industrie, toujours en 2022. Aujourd’hui, les partenaires Accelleron, AMAG, AVAG, Empa, Holcim, le canton de Zoug, Metall Zug, Partners Group, Sakowin, SHL Medical, Siemens, Sika, Sulzer, Swiss Safety Center, Tech Cluster Zug, V-ZUG, VZ Depotbank et WWZ apportent un soutien humain, technique et financier à l’initiative.
La décarbonation de l’industrie, un défi de taille pour atteindre la neutralité carbone.
La pyrolyse du méthane
La pyrolyse du méthane est un procédé qui décompose le méthane (CH₄) en hydrogène (H₂) et en carbone solide (C) à haute température sans libérer de CO₂. L’hydrogène ainsi obtenu peut être utilisé directement comme source d’énergie.
La technologie a été testée avec succès en laboratoire, mais son industrialisation bute sur plusieurs obstacles :
– Obstacles technologiques : la pureté de l’hydrogène doit être garantie pour permettre des applications industrielles. Il s’agit notamment d’éviter autant que possible, au niveau du procédé même, la présence d’impuretés carbonées comme l’acétylène ou les hydrocarbures aromatiques. Il en va de même pour le carbone, qui doit, pour de nombreuses applications, répondre à des exigences de qualité élevées.
– Recherche de partenaires et de composants : le développement d’une chaîne de production industrielle exploitée en continu exige des approches novatrices et des compétences poussées de la part des membres de l’association et de ses partenaires.
– Adaptation des infrastructures : les réseaux de distribution et infrastructures de processus existants doivent être adaptés pour fonctionner à l’hydrogène.
Malgré ces nombreux défis, la VzDI/ApDI est optimiste : la première installation industrielle produisant 10 kg d’hydrogène par heure sera mise en service en phase test dès l’été 2025 et V-ZUG sera le premier client à être approvisionné en hydrogène dans le courant de l’année 2026.
Dès 2026, un premier client va être livré en Suisse. Source: sakowin green energy
La valorisation du carbone : le facteur décisif
L’objectif de l’initiative est l’utilisation complète de toutes les énergies et matières produites en tant que matériaux valorisables. La chaleur résiduelle sera destinée aux process industriels ou au chauffage, l’hydrogène servira d’agent énergétique pour les processus haute température. Pour chaque kilogramme d’hydrogène, on obtient environ trois kilogrammes de carbone. Pour assurer des débouchés exploitables à ces quantités de carbone issues d’une production à l’échelle industrielle, plusieurs pistes sont envisageables :
– le noir de carbone destiné aux applications industrielles
– le carbone en tant qu’additif pour le secteur du bâtiment
– le carbone en tant que composant élémentaire de l’humus pour une agriculture durable
Le défi consiste à ne pas brûler le carbone obtenu, sous peine de libérer à nouveau du CO₂. Il faut au contraire s’assurer qu’il restera fixé de manière stable pendant des décennies ou même des siècles.
Le carbone-matériau de construction : une approche prometteuse
Une analyse des flux de matériaux industriels montre que les matériaux de construction tels que le béton, l’asphalte et les briques peuvent fixer de grandes quantités de CO₂ sur de longues périodes. Partant de ce constat, l’Empa , en collaboration avec certaines des entreprises citées, analyse les matériaux de construction existants et nouveaux pour valoriser le carbone issu de la pyrolyse du méthane. L’un des produits les plus prometteurs est un béton léger déjà utilisé comme démonstrateur. Parallèlement, le carbone est testé comme liant pour les colles.
Le carbone utilisé pour la reconstitution de l’humus et la protection du climat
Outre son utilisation dans les matériaux de construction, le carbone offre également un grand potentiel dans les applications agricoles parce qu’il est l’un des composants de l’humus. Le carbone contribue à former des agrégats de sol qui présentent une meilleure aération et une meilleure circulation de l’eau. L’érosion s’en trouve réduite, le travail du sol facilité et la croissance des racines améliorée.
L’humus à haute teneur en carbone permet en outre de stocker de grandes quantités d’eau qui restent disponibles pendant de longues périodes. Les plantes sont ainsi mieux protégées contre le stress hydrique et les besoins en irrigation sont réduits – un avantage décisif face à l’augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes.
En outre, le carbone sert de source d’énergie aux micro-organismes du sol. Ceux-ci jouent un rôle clé dans la décomposition des matières organiques et la transformation des nutriments en formes assimilables par les végétaux.
De plus, le carbone peut fixer les métaux lourds, les pesticides et d’autres polluants dans le sol, ce qui réduit leur mobilité et leur biodisponibilité. Ceci contribue à la protection des eaux souterraines et réduit la pollution de l’environnement.
L’utilisation du carbone issu de la pyrolyse du méthane pour enrichir l’humus pourrait donc être une solution innovante pour capter le CO₂ à long terme tout en améliorant les terres agricoles.
L’utilisation de l’infrastructure existante : un atout certain
Les acteurs de l’Association suivent avec intérêt les stratégies de la Suisse et d’autres pays européens en matière d’hydrogène. Pour de ne pas dépendre exclusivement de la construction, longue et coûteuse, d’un réseau hydrogène dédié, l’ApDI/VzDI envisage de se servir du réseau de gaz naturel existant pour la distribution du méthane. La pyrolyse du méthane intervient alors sur le lieu de consommation, l’hydrogène étant utilisé sur place et le carbone transformé en matière solide. Les coûts de transport de l’hydrogène sont ainsi fortement réduits. Quant au carbone solide, il peut être transporté à moindre coût via les réseaux ferroviaire et routier.
Opportunité d’émissions négatives
La VzDI tente de parvenir à des émissions négatives de CO₂ dans le cadre de projets partenaires à Zoug et à Oman. Ceux-ci consistent à prélever du CO₂ dans l’atmosphère ou sur une source industrielle et à produire de l’hydrogène par électrolyse dans des régions où l’énergie solaire et éolienne est abondante. Ce CO₂ et l’hydrogène sont ensuite méthanisés et le méthane ainsi obtenu est transporté vers le lieu de consommation par les infrastructures gazières existantes (méthaniers, gazoducs). Là intervient la pyrolyse qui permet d’utiliser l’énergie de l’hydrogène localement et de fixer le carbone à long terme. Ce concept permet des émissions négatives de CO₂ et peut ainsi contribuer de manière importante à la décarbonation de l’atmosphère.
