Evaluation du potentiel d'émissions négatives des technologies d'utilisation du CO2

Assessment of the negative emissions potential of CO2 utilisation technologies

• Auteur / Autrice : Sibylle Duval--Dachary
• Direction : Arnaud Hélias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 10/07/2024
• Etablissement(s) : Institut Agro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ITAP Information et Technologie pour les Agro-Procédés INRAE SupAgro Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : École d’inscription : L'Institut Agro Montpellier (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Gabrielle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Gabrielle, Annie Levasseur, Philippe Loubet, Cécile Bessou, Sandrine Selosse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annie Levasseur, Philippe Loubet

Mots clés

Mots clés libres

Capture et Utilisation du CO2 (CCU)

Technologie à émissions négatives

Analyse du cycle de vie (ACV)

ACV dynamique

Temporalis

Carbon Capture and Utilisation (CCU)

Negative emissions technologies (NET)

Life Cycle Assessment (LCA)

Dynamic LCA

Temporalis

Résumé

Dans le contexte de l'urgence climatique et de la transition écologique, les technologies à émissions négatives (TEN) et les technologies de captage et d'utilisation de CO2 (CCU) gagnent en intérêt. Les TEN sont des technologies qui retirent le carbone de l'atmosphère et le séquestrent. Les technologies de CCU valorisent le CO2 capturé, avec ou sans transformation (chimiques ou biologiques). Le CCU est prometteur pour réduire notre dépendance à la consommation de matières premières fossiles vierges. TEN et CCU peuvent théoriquement être couplés pour bénéficier à la fois des émissions négatives et évitées. Cependant, en fonction des consommations et émissions nécessaires au fonctionnement des technologies mise en œuvre, ces dernières peuvent avoir différents impacts sur l'environnement qui doivent être évalués. L'analyse du cycle de vie (ACV) est la méthodologie normalisée et multicritère utilisée pour évaluer l'impact de produits et services. L'ACV est une méthodologie mature, néanmoins certains défis demeurent, notamment sur les limites temporelles. Inclure la temporalité est un point critique pour l'évaluation des TEN dont l'impact dépend, entre autres, de la durée de séquestration du carbone et de la chronologie entre capture et émissions. La principale question de recherche à laquelle cherchent à répondre la thèse est: Comment relever les défis méthodologiques de l'analyse du cycle de vie (ACV) liés au couplage des systèmes CCU et TEN ? La stratégie de recherche se décline comme suit : Objectif 1 : Définir les technologies CCU susceptibles d'être associées au stockage final du carbone dans les sols et ainsi susceptibles de générer des émissions négatives. Objectif 2 : Développer un cadre méthodologique pour la réalisation d'ACV statique de systèmes CCU+TEN en abordant entre autres la question de l'intégration des flux de carbone biogénique, la séquestration du carbone dans le sol, le choix des méthodes de caractérisation. Vérifier l'applicabilité et la pertinence des recommandations sur un cas d'étude. Objectif 3 : Appliquer l'ACV dynamique au cas d'étude pour i) évaluer la pertinence de l'utilisation de l'ACV dynamique pour les systèmes CCU+TEN et ii) contribuer à l'opérationnalisation de la méthode en testant Temporalis.

Since the industrial revolution, human activities have led to an increase of 130 ppm in the atmospheric concentration of CO2, which has already changed our climate (the average global temperature increased by about 1°C during the 20th century). The Paris Agreement, adopted in 2015, formulates climate objectives aimed at not exceeding a limit of 2°C of average temperature increase. At the EU level, the Commission's new proposal to reduce GHG emissions by at least 55% by 2030 puts Europe on a path to carbon neutrality by 2050. In this context, more and more countries are aiming to be climate neutral by 2050-2060. However, reaching 1.5 or 2°C targets by limiting GHG emissions alone becomes increasingly difficult as the atmospheric concentration of CO2 continues to rise. Most of the prospective scenarios consistent with the 1.5°C target are based on technologies that can lead to significant GHG emission reductions (e.g., massive electrification of mobility), but these significant emission reductions are generally not sufficient to achieve the climate goals. Therefore, so-called 'negative emission technologies' (NETs) are also essential to have a chance to limit global warming to 1.5°C, as highlighted in the IPCC 5th report. These TENs are technologies that remove carbon from the atmosphere and sequester it permanently or at least over a relatively long period. NETs cover both biological processes, such as carbon sequestration in soils or aboveground biomass, and industrial processes, such as CO2 mineralization or direct carbon capture and sequestration from the air. Some of these TENs can be associated with technologies that generate avoided emissions, such as carbon capture and utilization (CCU) technologies. CCU corresponds to the various technologies that use CO2 as a raw material for products or services with a potential market value. The potential benefits (avoided emissions) of CCU technologies are based on the difference in GHG emissions between the carbon footprint of the reference product (e.g., a fossil fuel) and the carbon footprint of all the steps required to deliver the same product through the CCU technology (e.g., an e-fuel). These externalities need to be evaluated to get a full picture of the benefits and drawbacks of each NET. Life Cycle Assessment (LCA) is the standardized methodology that evaluates the overall environmental impacts of products and services. The main research question that the thesis seeks to answer is: How to address the methodological challenges of LCA related to the coupling of UCC and TEN systems? The research strategy is as follows: Objective 1: Define CCU technologies likely to be associated with final soil carbon storage and thus likely to generate negative emissions. Objective 2: Develop a methodological framework for conducting static LCAs of CCU+NET systems, addressing issues such as the integration of biogenic carbon flows, soil carbon sequestration and the choice of characterization methods. Verify the applicability and relevance of recommendations on a case study. Objective 3: Apply dynamic LCA to the case study to i) assess the relevance of using dynamic LCA for CCU+NET systems and ii) contribute to the operationalization of the method by testing Temporalis.