Les débouchés du CO₂ biogénique

Le schéma ci-dessous illustre les différentes voies de valorisation, en présentant notamment les usages émergents les plus prometteurs. En complément, il synthétise aussi les deux modes de capture et transport principalement envisagés aujourd'hui.

L'industrie agro-alimentaire, un marché prometteur

L'industrie agro-alimentaire (IAA) consomme plus de 70 % du CO₂ utilisé en France : c'est le marché principal. En Angleterre, plus d'une dizaine d'unités valorisent leur CO₂ auprès de cette industrie.

L'IAA exige une qualité élevée du CO₂ (référentiel EIGA par exemple). L'enjeu d'un usage alimentaire implique la mise en place d'un contrôle de la qualité et d'une démarche de maîtrise des risques dont une partie est réglementaire et l'autre contractuelle.

D'autres usages peuvent également nécessiter le respect de telles exigences.

La demande annuelle de CO₂ est assez stable, bien qu'une légère croissance soit observée. En revanche, sa production et sa consommation actuelle ne sont pas constantes au cours de l'année, ce qui provoque des tensions d'approvisionnement (notamment au printemps et à l'été) pour les petits consommateurs. Pour eux, un approvisionnement local en CO₂, avec des prix stables, encadrés par un contrat présente un réel intérêt.

Le maraîchage, un débouché local

Certains maraichers injectent du CO₂ dans leurs serres pour accélérer la photosynthèse et ainsi la croissance des cultures. La qualité alimentaire du CO₂ n'est pas requise et les consommations sont relativement importantes (100 à 330 t/ha/an). En revanche, ce marché présente une saisonnalité marquée, avec une chute conséquente de la demande de novembre à février.

Le stockage du CO₂ à long terme, une autre voie de valorisation

L'ADEME préconise les usages du CO₂ avec stockage à long terme, comme exposé dans un avis d'expert en 2021. En effet, dans le cas de l'injection en serres, le CO₂ absorbé par la plante n'est stocké que durant son cycle de vie (quelques mois au maximum). Certains procédés innovants permettent de stocker le CO₂ plusieurs dizaines d'années dans des matériaux.

La récupération du CO₂ de la méthanisation contribue alors à « retirer » du CO₂ de l'atmosphère par l'intermédiaires de la photosynthèse des plantes introduites dans le digesteur. C'est ce que le GIEC désigne comme les technologies BESCS pour Bioénergie avec Captage et Stockage de Carbone. C'est notamment le cas :

• De la maturation du béton, dont le procédé conçu par CarbonCure permet de réduire le bilan carbone d'un m³ de 6%,
• Du séchage du bois sous atmosphère de CO₂ que développe la start-up WAYS.

Les usages émergents in-situ, études à suivre

Parmi les usages émergents du CO₂, plusieurs sont compatibles avec une valorisation directement sur un site de méthanisation (in situ). Cela permet de s'affranchir des coûts liés au transport.

• La méthanation permet de produire du gaz de synthèse à partir d'hydrogène et de CO₂. Si les prix élevés de l'hydrogène n'en font pas encore une filière compétitive, les synergies nombreuses avec la méthanisation laissent espérer une amélioration de la compétitivité : récupération de la chaleur issue de la réaction de méthanation pour chauffer les digesteurs, épuration directe du biogaz, mutualisation du poste d'injection… Si l'hydrogène est produit à partir d'électricité, on parle de power-to-methane, un moyen de stocker l'électricité produite par des sources intermittentes.
• L'électrométhanogenèse permet de produire du méthane de synthèse. En présence d'eau et sous l'effet d'un courant électrique appliqué entre deux électrodes, des micro-organismes (dit électrophores) transforment le CO₂ en CH₄ (méthane). Il s'agit donc encore d'un procédé de power-to-methane. La découverte de ce procédé est récente mais des démonstrations à l'échelle laboratoire ont fait leurs preuves.

L'ADEME n'envisage le power-to-methane qu'en couplage avec la méthanisation et estime son potentiel à 140 TWh en 2050.

• L'injection de CO₂ pour l'optimisation des cultures d'algues.  Ces algues sont utilisées dans différents secteurs : alimentation humaine/animale, cosmétique, médecine… Les débouchés de cette filière sont en expansion. Les algues peuvent également servir d'intrants à la méthanisation. Très récemment, la start-up américaine Prometheus a mis en avant ses développements pour la fabrication de matériaux de substitution au béton à partir d'algues et de sable.