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Edito : Après avoir été tant décrié, le CO² va-t-il devenir un moteur essentiel d’innovation et de richesse ?

L’événement est passé presque inaperçu mais il a pourtant une importance considérable : il y a deux semaines l’Agence internationale de l’énergie a annoncé que les émissions mondiales de CO2 liées à l’utilisation de l’énergie s’étaient stabilisées en 2014. Cette stabilisation est d’autant plus encourageante qu’elle ne survient pas en période de récession économique mais au terme d’une année qui a vu la croissance mondiale augmenter de 3 %. Il est donc possible, selon l’AIE, que nous assistions au début du « découplage » entre croissance économique et émissions de CO2. 

Comme une bonne nouvelle n’arrive jamais seule, l'Union internationale de conservation de la nature (UICN) a annoncé il y a quelques jours qu'une quinzaine de pays avaient pris l’engagement à Bonn (Allemagne) de restaurer  62 millions d’hectares de forêts, avec un objectif de 150 millions d’hectares à l’horizon 2020. Quand on sait que l’ensemble des forêts de la planète absorbe plus de 20 % des émissions anthropiques de CO2 et que chaque hectare de forêts permet de séquestrer entre 4 et 12 tonnes de CO2 selon les espèces, on mesure mieux l’enjeu considérable que représentent la restauration et l’extension des surfaces forestières dans la lutte contre le réchauffement climatique.

Cet effort international accru visant non seulement à freiner la déforestation mais à replanter de vastes zones boisées est d’autant plus crucial qu’il est annoncé dans un contexte de réduction de l’efficacité des océans mais également des grandes forêts tropicales à « pomper » le CO2 émis par l’homme.

Récemment, une étude publiée dans la prestigieuse revue Nature a ainsi montré que la grande forêt d’Amazonie n’absorberait plus qu’un milliard de tonnes de CO2 par an, contre 2 milliards au début de ce siècle. Selon ces travaux, cette perte considérable d’efficacité dans l’absorption du carbone atmosphérique serait liée à une recomposition en profondeur de l’équilibre des différentes espèces d’arbres composant cette forêt, recomposition elle-même provoquée par le réchauffement climatique accéléré qui favoriserait certaines espèces d’arbres au détriment d’autres…

En pointe dans la lutte contre le changement climatique, l'Union européenne a adopté, le 6 mars dernier, sa contribution pour la conférence de Paris sur le Climat, avec un engagement de réduire d'ici à 2030 d'au moins 40 % ses émissions de gaz à effet de serre, par rapport à 1990. 

Mais l’Europe ne représente plus à présent que 10 % des émissions mondiales de CO2. C’est pourquoi il est si essentiel que les autres géants économiques mondiaux prennent toute leur part dans ce défi mondial qui consiste à réduire globalement de moitié les émissions humaines de carbone d’ici 2050.

Les Etats-Unis, qui représentent 12 % des émissions mondiales, ont annoncé leur intention de les réduire de 26 à 28 % en 2025 par rapport à leur niveau de 2005. Le géant chinois, responsable de plus du quart des émissions, s’est engagé pour sa part à les stabiliser en 2030.

Il reste que l’Europe est à ce jour le seul ensemble géopolitique à s’être doté, il y a 10 ans, d’un marché organisé du carbone basé sur un système d’échange de quotas d’émissions. Mais en raison de la récession économique, ce marché s’est effondré et la tonne de carbone a perdu 75 % de sa valeur pour atteindre le prix beaucoup trop bas de cinq euros. Pourtant, en dépit de ses dysfonctionnements, le marché européen du carbone a quand même contribué pour environ 10 % à la forte baisse (plus d’un milliard de tonnes depuis 20 ans) des émissions européennes de CO2. La réforme globale de ce marché européen du carbone, qui doit entrer en vigueur en 2017 devrait retirer 1,7 milliard de tonnes des quotas du marché, ce qui devrait permettre de faire remonter le prix de la tonne de carbone à un niveau attractif de l’ordre de 15 à 20 dollars.

Mais au niveau local, il existe d’autres initiatives novatrices très intéressantes qui visent à valoriser et à monétiser le carbone pour en réduire l’utilisation. C’est par exemple le cas de "450" (en référence au seuil limite de 450 ppm de CO2 à ne pas dépasser pour éviter l’emballement climatique), une start-up brestoise qui a imaginé le « Compte épargne CO2 ». 

L’idée de Jean-Luc Baradat, fondateur de cette jeune société, est de faire du carbone une monnaie d’échange locale. Quand un foyer, une collectivité ou une entreprise fait des économies d’énergie sur son chauffage ou le transport par exemple, elle peut les épargner sous forme de kilos de CO2 évités. Ces différents acteurs peuvent ensuite revendre ces kilos de CO2 ou les échanger contre des bons d’achat auprès de multiples entreprises et commerçants partenaires. 

Ce système aussi simple qu’ingénieux a pris un remarquable essor, notamment auprès des PME. Pour réduire ses émissions de CO2, l’entreprise Agrial, spécialisée dans le transport du lait, a mis en place un plan de rationalisation de ses tournées et d’économie d’énergie, notamment en réduisant la taille de ses camions. Résultat, des centaines de kilos de CO2 économisés mais surtout valorisés localement en irriguant l’économie de la région.

La « monnaie carbone » ainsi économisée par les entreprises peut-être dépensée de trois manières : elle peut servir à payer directement leurs fournisseurs en CO2, être convertie  en véritables euros (via l’entreprise "450") ou redistribuée aux salariés, en récompensant ceux qui ont réduit leur empreinte carbone.

Si ce compte épargne CO2 rencontre un tel succès, c’est également parce que le prix du carbone fixé par « 450 » est de 52,64 euros la tonne, un niveau qui est 10 fois plus élevé que le prix de la tonne de CO2 sur le marché européen du carbone en pleine déconfiture. Et ce prix déjà très incitatif va continuer de grimper de 4 % par an pour arriver au seuil symbolique de 100 € la tonne en 2030. 

Fin 2014, c’est plus de 120 000 tonnes de CO2 qui ont déjà pu être économisées et valorisées grâce à ce système. Mais « 450 » ne compte pas s’arrêter en si bon chemin et cherche à attirer toujours plus d’entreprises en diversifiant ses offres. Comme le souligne son dirigeant Jean-Louis Baradat, "l’essentiel est que cette nouvelle monnaie circule au sein d’un 'cercle économique bas carbone', créant ainsi du pouvoir d’achat et stimulant l’activité économique". 

Le recyclage et la valorisation du carbone peuvent également résulter de ruptures technologiques. C’est ainsi qu’en 2005, le professeur Jacob Karni de l’Institut Weizmann à Rehovot a eu l’idée de transformer le CO2 produit par ces industries en combustibles, en utilisant seulement l’énergie perdue par l’usine, sous forme d’eau et d’énergie solaire. 

Ce chercheur a fondé une société, « NewCO2Fuel », qui a développé une technologie très sophistiquée consistant à faire passer de l’eau et du CO2 à travers une membrane sous très haute température. Cette membrane, alimentée par un courant électrique, transforme le CO2 en syngas (gaz synthétique constitué de CO et de H2) à partir duquel il est facile de produire du diesel ou de l’électricité. En effet, à de telles températures, les molécules de CO2 et d’eau (H2O) sont dissociées en hydrogène, carbone et oxygène en traversant la membrane. 

La beauté du procédé réside dans le fait que l’électricité nécessaire pour alimenter ce processus est elle-même produite par la chaleur régnant dans le réacteur. Le système est donc  « circulaire » et autosuffisant en énergie, transformant le CO2 et l’eau en combustible, en utilisant uniquement de l’énergie solaire complétée par l’apport d’énergie dissipée par l’usine. 

Outre-Rhin, la Ministre fédérale allemande de la recherche, Johanna Wanka, a inauguré en novembre dernier la première usine de démonstration du monde pour produire à partir de CO2 et d'eau des carburants, tels que l'essence, du diesel ou du kérosène en utilisant de l'électricité issue d'énergies renouvelables. Cette méthode, baptisée « power to liquid" (PtL) a été développée par l'entreprise "Sunfire", basée à Dresde.

Dans ce processus, le CO2 est modifié par voie chimique afin d'être réutilisé comme matière première. Cette technologie Sunfire permet de réduire les émissions de CO2, de diminuer la dépendance au pétrole et de promouvoir une technologie à forte valeur ajoutée. Autre avantage décisif de cette technique, elle fonctionne dans le cadre des infrastructures et des réseaux existants.

Ce procédé très innovant d’utilisation et de valorisation du CO2 repose sur l'électrolyse à haute température de la vapeur d'eau, un processus physico-chimique qui permet de convertir l'énergie électrique en énergie chimique sous forme d'hydrogène, le tout dans le cadre d’un cycle thermique d’une efficacité remarquable de l’ordre de 70 %.

Autre point fort de cette technique prometteuse, elle peut être utilisée comme pile à combustible pour coproduire chaleur et électricité. Avec ce procédé, l'électricité excédentaire issue des différentes sources d’énergies renouvelables intermittentes (éolien et solaire) peut être stockée sous forme d’hydrogène pour être réutilisée ultérieurement, lorsque la demande énergétique sera à nouveau plus forte que l’offre. Cette technique permet donc un ajustement et une régulation dans la production et la consommation des énergies renouvelables, ce qui la rend particulièrement attractive sur le plan économique.

Bien entendu les États-Unis prennent également une part active dans cette course technologique et une équipe d’Harvard a annoncé, début février, qu’elle était parvenue à produire du carburant uniquement à partir d’eau, de CO2, l’énergie venant de la lumière du soleil (Voir Scientific American) !

Leur méthode fonctionne en deux temps. La première étape consiste à briser des molécules d’eau (H2O) pour en libérer l’hydrogène (H) en utilisant l’électricité provenant de panneaux solaires et un catalyseur à base de cobalt. La seconde étape vise à transformer cet hydrogène ainsi obtenu en alcool isopropylique (C3H8O ou alcool à friction), qui peut être utilisé comme carburant. Cette substance liquide est infiniment plus facile à manipuler et à transporter que l’hydrogène. Pour réaliser ce processus, les chercheurs ont sélectionné certaines espèces de bactéries qui effectuent cette transformation en utilisant comme seule source d’énergie la lumière du soleil.

Il y a un an, la Marine américaine a pour sa part dévoilé une nouvelle technologie très prometteuse, résultant d’une dizaine d’années de recherche (Voir NRL) mise au point par le laboratoire américain de recherche navale (NRL). Cette présentation a fait sensation en montrant un modèle réduit d'avion volant uniquement avec du carburant produit à partir d'eau de mer.

Pour produire ce carburant d’origine marine, les chercheurs américains sont parvenus à capturer et à extraire le dioxyde de carbone (CO2) et l'hydrogène contenus dans l'océan, grâce à un processus d'électrolyse qui permet leur transformation en hydrocarbure. Ce carburant s’avère très proche du kérosène classique et peut-être utilisé directement dans les moteurs de navires et d'avions actuels. Cette nouvelle technologie de production de carburants à partir du CO2 contenu dans l’eau de mer pourrait permettre à l’ensemble de la flotte américaine de produire son propre carburant marin à l’horizon 2025…

Enfin, il y a quelques semaines, des chercheurs français du CEA, du CNRS et d'Aix-Marseille Université ont élucidé, pour leur part, le mécanisme d'activation d'enzymes bactériennes qui transforment naturellement le CO2 en acide formique, composé à forte valeur énergétique.

Ces travaux ont notamment montré que les formiate déshydrogénases (FDHs) sont des enzymes qui transforment le CO2 en acide formique (CH2O2) chez de nombreuses bactéries. En recourant à une approche multidisciplinaire associant des techniques de biologie structurale, de biochimie et de biologie moléculaire, ces chercheurs du CEA, du CNRS et d'Aix-Marseille Université ont réussi à élucider le mécanisme de sulfuration qui permet cette réaction chez la bactérie Escherichia coli.

Parallèlement à la nécessité de réduction drastique des émissions humaines de CO2 pour lutter contre le changement climatique, il est remarquable de constater que l’ensemble de ces récentes avancées scientifiques et techniques sont en train de transformer le statut et la nature même du dioxyde de carbone sur le plan économique et écologique.

Longtemps considéré uniquement comme une substance nuisible et polluante, responsable de surcroit des ¾ des conséquences de l'effet de serre et du réchauffement climatique, le CO2 commence à présent à être également envisagé comme un nouveau moteur potentiel très prometteur d'innovation et de richesse. L’avenir appartient sans nul doute au recyclage et à la valorisation de plus en plus efficace, sous de multiples formes, du CO2, qu’il soit d’origine naturelle ou humaine. Souhaitons que la France, riche de ses compétences scientifiques et industrielles et de son excellence dans le domaine chimique et pétrolier, ait la volonté politique de relever ce grand défi technologique, économique et social planétaire que représentent la transformation, le recyclage et la valorisation du CO2.

René TRÉGOUËT

Sénateur Honoraire

Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat

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