Une feuille de route vers zéro émission pour l’industrie américaine.

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En décembre 2021, le président américain Joseph Biden a signé un décret exécutif pour que le gouvernement des États-Unis atteigne zéro émission nette d’ici 2050. L’administration Biden a également confirmé son intention d’atteindre une électricité 100 % sans pollution par le carbone d’ici 2035. Il est essentiel d’avoir la plus grande économie du monde soutenant les efforts climatiques mondiaux. Pourtant, la décarbonation est une bataille difficile, certains secteurs étant plus simples que d’autres.

Le secteur industriel est l’un des plus difficiles à décarboner. Pourtant, il est essentiel pour atteindre les objectifs climatiques des États-Unis. En 2021, l’industrie représentait un tiers des émissions domestiques de gaz à effet de serre (GES) aux États-Unis. Les émissions de l’industrie proviennent de la combustion et de l’utilisation de combustibles, de la production d’électricité utilisée dans les installations industrielles, des émissions de procédés non énergétiques et des émissions du cycle de vie des produits manufacturés.

Selon le Département américain de l’énergie (DOE), une approche transformationnelle plutôt que progressive des réductions d’émissions est nécessaire pour assurer une croissance économique continue, des résultats positifs pour la santé et des emplois futurs pour 11,4 millions de travailleurs de l’industrie américaine. 

Le 7 septembre 2022, lors d’une table ronde avec des acteurs et des dirigeants de l’industrie, le DOE a réaffirmé son engagement à décarboner le secteur avec la publication de sa feuille de route de décarbonation industrielle . La feuille de route comprend des voies technologiques pour réduire les émissions industrielles de 87 % d’ici 2050 et fournit un « programme pour que le gouvernement, l’industrie et les autres parties prenantes travaillent ensemble pour accélérer les réductions d’émissions ». L’intention est de positionner les États-Unis en tant que leader mondial de l’innovation dans le secteur industriel, cependant, la feuille de route est de nature étendue et ne tente pas de donner la priorité aux technologies.

La feuille de route se concentre principalement sur les émissions de GES liées à l’énergie des cinq sous-secteurs les plus émetteurs de dioxyde de carbone (CO 2 ) : fabrication de produits chimiques, raffinage du pétrole, fabrication de fer et d’acier, aliments et boissons et ciment. Ces sous-secteurs représentent 51 % des émissions industrielles de CO 2 liées à l’ énergie et 15 % du CO 2 total de la région. La feuille de route a également noté la nécessité d’évaluer des sous-secteurs industriels supplémentaires pour les opportunités de décarbonisation.

Alors que les émissions de CO 2 liées aux combustibles et à la production d’électricité étaient incluses pour tous les sous-secteurs de la feuille de route, seuls les sous-secteurs de l’acier et du ciment incluaient les émissions de CO 2 liées aux procédés . Les émissions de méthane, un contributeur majeur à la concentration croissante de GES dans l’atmosphère terrestre, et d’oxyde nitreux n’ont pas été incluses dans le rapport. D’autres polluants nécessiteront une attention particulière à mesure que le secteur industriel se décarbone, déclare le DOE.

Quatre piliers technologiques clés pour réduire les émissions industrielles à court terme et futures ont été définis dans la feuille de route : l’efficacité énergétique ; électrification industrielle; combustibles, matières premières et sources d’énergie à faible émission de carbone (LCFFES); et le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS). 

L’efficacité énergétique offre la plus grande opportunité de décarbonation immédiate en se concentrant sur l’amélioration de l’efficacité des systèmes, la récupération de l’énergie thermique, le rendement des processus, l’expansion des pratiques de gestion de l’énergie et une adoption plus large des stratégies de fabrication intelligentes. 

Plus de la moitié de l’énergie de fabrication est consommée dans le traitement thermique, avec moins de 5 % des opérations électrifiées. L’électrification industrielle est le deuxième pilier technologique, le DOE réitérant l’importance des progrès de l’électricité à faible émission de carbone, à partir du réseau et de la production d’énergie renouvelable sur site, et la possibilité de tirer parti de sources d’électricité décarbonées et peu coûteuses. 

Le secteur industriel dépend généralement des combustibles fossiles. Cependant, la feuille de route a souligné le besoin de technologies d’énergie propre, y compris l’électricité de source renouvelable, l’énergie nucléaire pour l’électricité et la chaleur, l’énergie solaire à concentration, l’énergie géothermique et les biocarburants. Les LCFFES aident à minimiser les émissions associées à la combustion dans les processus industriels et favorisent une décarbonisation plus large. Le DOE a détaillé la nécessité de développer des procédés flexibles en matière de carburant et l’importance des carburants et des matières premières à base d’hydrogène propre dans les applications industrielles. Cependant, le rapport note que le coût de l’hydrogène propre doit tomber à 1,00 USD par kilogramme et que des électrolyseurs à basse et haute température plus efficaces doivent être développés.

Le CCUS est la plus grande source de réduction des émissions à long terme. Malgré un déploiement plus précoce des mesures d’efficacité énergétique, LCFFES et électrification ; ces piliers ne représentent que 40 % des réductions d’émissions visées. Le CCUS n’est pas facilement disponible et la feuille de route a cité la nécessité de réduire le coût de la capture du carbone pour améliorer la viabilité économique et améliorer la sécurité. 

La fabrication de produits chimiques a connu une croissance importante ces dernières années. Selon le DOE, la poursuite d’émissions nettes nulles dans ce sous-secteur repose sur le développement de solutions de chauffage à faible budget thermique et sur l’amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’énergie thermique. La feuille de route a également souligné la possibilité d’étendre les réactions avancées, les catalyseurs et les systèmes de réacteurs – pour améliorer les performances des réactions – et d’électrifier les processus utilisant de l’hydrogène, de la biomasse ou des déchets comme combustible et matières premières pour la fabrication. Une augmentation de l’efficacité et de la circularité des matériaux a également été identifiée comme un élément clé de la décarbonisation de la fabrication de produits chimiques.

L’hydrocraquage, la distillation atmosphérique, le craquage catalytique, le reformage du méthane à la vapeur et le reformage catalytique régénératif produisent la plupart des émissions dans le secteur du raffinage du pétrole aux États-Unis. Le transport et les raffineries sont intrinsèquement liés. Outre l’amélioration de l’efficacité énergétique de ses processus et de la production de vapeur et d’électricité sur site, la feuille de route a souligné la possibilité de produire des hydrocarbures liquides à faible émission nette de GES et de créer des processus de raffinage moins intensifs en carbone tout en décarbonant les transports et les produits chimiques. 

La fabrication de fer et d’acier continue d’être l’un des sous-secteurs industriels les plus énergivores en raison de l’utilisation continue du charbon comme matière première et de la réduction chimique de l’oxyde de fer. La voie de la décarbonisation comprend une transition vers des carburants à faible et sans carbone et l’expansion de l’électrification industrielle dans ce sous-secteur. Des démonstrations pilotes de technologies transformatrices sont nécessaires, selon le DOE, notamment la production d’acier à l’hydrogène, l’électrolyse du minerai de fer et le CCUS. Selon un scénario de modélisation, le DOE a prévu que les émissions de GES de l’industrie sidérurgique américaine pourraient tomber à presque zéro en 2050, parallèlement à une augmentation de 12 % de la production d’acier.  

Des progrès dans la recherche, le développement et la démonstration (RD&D) pour l’électrification du chauffage des procédés (en particulier pour les fours et les friteuses), des chaudières électriques et hybrides, des procédés d’évaporation et de pasteurisation sont nécessaires dans le sous-secteur des aliments et des boissons. La feuille de route a également souligné la nécessité de réduire les déchets alimentaires importants tout au long des chaînes d’approvisionnement et de poursuivre le recyclage et l’efficacité des matériaux via des emballages alternatifs et la réduction des déchets d’emballages.

CO 2 lié au processusles émissions provenant de la calcination, le traitement thermique d’un composé chimique solide par lequel le composé est porté à haute température sans fondre sous un apport restreint d’oxygène ambiant, généralement dans le but d’éliminer les impuretés ou les substances volatiles et/ou de subir une décomposition thermique, représentent environ 58 % des émissions de l’industrie cimentière dont 42 % des émissions liées à l’énergie. La chaleur provenant de la combustion du charbon et du coke de pétrole représente 88 % de la consommation totale d’énergie. La feuille de route du DOE a souligné l’importance des technologies CCUS dans le secteur du ciment, ainsi que l’augmentation de l’utilisation de solutions chimiques innovantes, notamment des liants à faible teneur en carbone et des matériaux cimentaires supplémentaires naturels pour réduire l’intensité en carbone du clinker et des matériaux solides utilisés pour créer du ciment. Le DOE croit que nous les émissions de GES de la fabrication du ciment peuvent atteindre presque zéro en 2050, parallèlement à une augmentation correspondante de 46 % de la production de ciment. Cependant, 65 % des réductions d’émissions proviennent de l’adoption de la technologie CCUS.

La feuille de route proposait plusieurs recommandations pour atteindre les objectifs d’émissions de décarbonation industrielle, y compris des avancées majeures dans les technologies de RD&D à un stade précoce dans tous les piliers de la décarbonation. L’investissement dans plusieurs voies de processus simultanées a été décrit, y compris l’électrification, l’efficacité, les carburants à faible émission de carbone, le CCUS et d’autres approches alternatives. . La feuille de route a souligné la nécessité de passer à l’échelle par des démonstrations pour accélérer les nouvelles technologies et réduire les risques de déploiement.

L’énergie utilisée pour le chauffage des processus provient principalement de combustibles fossiles. Une autre recommandation clé était d’aborder le chauffage des processus dans tous les sous-secteurs en maximisant l’efficacité et l’utilisation des ressources tout en passant à des combustibles et des sources d’énergie électrifiés et à faible émission de carbone.

Le DOE a également souligné l’importance d’intégrer des solutions dans les systèmes de processus et les chaînes d’approvisionnement pour réduire l’énergie et les émissions au niveau du système. Une expansion de l’utilisation de l’analyse du cycle de vie et de l’analyse technico-économique a été recommandée pour s’assurer que les solutions à faibles émissions de carbone ont l’impact positif souhaité et sont commercialement viables.

Les piliers et voies technologiques de la feuille de route pour la décarbonation industrielle peuvent éliminer près de 400 millions de tonnes métriques de CO 2 par an dans les cinq sous-secteurs. Néanmoins, des processus difficiles à réduire resteront, les auteurs soulignant la nécessité de technologies à émissions négatives, telles que la capture directe de l’air (DAC), pour atteindre économiquement des émissions nettes de carbone nulles. Un total de 457 millions de tonnes métriques d’émissions annuelles peuvent être évitées grâce à ces technologies, selon la modélisation du DOE. Des stratégies de décarbonation supplémentaires au-delà du périmètre des produits sélectionnés pour analyse dans la feuille de route pourraient étendre les émissions évitées à 700 millions de tonnes métriques de CO 2 par an d’ici 2050, bien que ces opportunités nécessitent une étude plus approfondie. (fuelsandlubes 20/12/22)

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