La bioénergie avec captage et stockage de dioxyde de carbone (BECSC ; aussi connue sous son abréviation anglaise BECCS) est un processus consistant à extraire de l'énergie de la biomasse et à capturer et stocker du carbone, le retirant ainsi de l'atmosphère. L'énergie est extraite par combustion, fermentation, pyrolyse du bois ou d'autres méthodes et convertie en électricité, chaleur, biocarburants... Une partie du carbone contenu dans la biomasse est convertie en ou en biochar, qui peut ensuite être stocké par séquestration géologique ou par épandage, respectivement, ce qui fait de la BECSC une technique à émissions négatives.

Le cinquième rapport d'évaluation du GIEC évalue entre 0 et par an le potentiel d'émissions négatives de la BECSC.. En 2019, cinq installations dans le monde étaient en activité et capturaient environ de tonnes de par an.. Le déploiement à grande échelle de la BECSC est limité par le coût et la disponibilité de la biomasse.

Le carbone des arbres ou des cultures utilisées pour la biomasse provient du dioxyde de carbone (), un gaz à effet de serre, qui est extrait de l’atmosphère lors de leur développement. En l'état, en 2019, la plupart des BECSC stockent une partie du carbone et fournissent de la bioénergie sous forme de biocarburant, tel que l'éthanol. Fournir des biocarburants d'aviation pour réduire l'impact climatique du transport aérien pourrait contribuer à l'atténuation du changement climatique. La bioénergie pourrait aussi être utilisée sous forme d’électricité et ainsi une plus grande proportion du serait stocké par injection dans des formations géologiques..

Il existe d'autres formes d'élimination et de stockage du dioxyde de carbone, notamment la reforestation, le biochar, la capture directe du dioxyde de carbone de l'air, la séquestration du dioxyde de carbone dans la biomasse. et l'altération forcéeConstanze Werner, Hans-Peter Schmidt,Dieter Gerten, Wolfgang Lucht und Claudia Kammann (2018). Biogeochemical potential of biomass pyrolysis systems for limiting global warming to 1.5° C. Environmental Research Letters, 13(4), 044036. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aabb0e permettent de fixer le carbone plus longtemps.

Émissions négatives

vignette|Schéma du flux de carbone dans les différents systèmes énergétiques. Le principal attrait du BECSC réside dans sa capacité à générer des émissions négatives de . La capture du dioxyde de carbone provenant de sources de bioénergie élimine efficacement le de l'atmosphère.

La bioénergie est dérivée de la biomasse qui est une source d'énergie renouvelable et sert de puits de carbone au cours de sa croissance. Au cours des processus industriels, la biomasse brûlée ou traitée re-libère le dans l'atmosphère. Le processus aboutit donc à une émission nette zéro de , même si celle-ci peut être modifiée de manière positive ou négative en fonction des émissions de carbone associées à la croissance, au transport et au traitement de la biomasse (voir ci-dessous les considérations environnementales).. La technique de captage et de stockage du carbone (CSC) sert à intercepter le rejet de dans l'atmosphère et à le rediriger vers des sites de stockage géologiques.. Le originaire de la biomasse est non seulement rejeté par les centrales électriques alimentées à la biomasse, mais également lors de la production de pâte à papier destinée à la fabrication de papier et lors de la production de biocarburants tels que le biogaz et le bioéthanol. La technique BECSC peut également être utilisée sur ces procédés industriels..

La technique BECSC permettrait d'emprisonner le dioxyde de carbone dans les formations géologiques pendant de très longues périodes, alors que, par exemple, un arbre ne stocke son carbone que pendant sa durée de vie. Dans son rapport sur la technique de captage et de stockage du , le GIEC prévoit que plus de 99 % du dioxyde de carbone stocké par séquestration géologique restera stable pendant plus de . Au contraire, d'autres puits de carbone tels que l'océan, les arbres et le sol peuvent subir des boucles de rétroaction défavorables à des températures élevéesIPCC, (2005)"Chapter 5: Underground geological storage" IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage. Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Metz, B., O. Davidson, H. C. De Coninck, M. Loos, and L. A. Meyer (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, p.195-276..

On pense que la quantité de rejetée à ce jour est trop importante pour pouvoir être absorbée par les puits classiques tels que les arbres et le sol afin d’atteindre les objectifs de réduction d'émissions. Outre les émissions accumulées, d'importantes émissions supplémentaires seront enregistrées au cours de ce siècle, même suivant les scénarios de réduction des émissions les plus ambitieux. La BECSC a donc été suggéré comme une technique permettant d’inverser la tendance des émissions et de créer un système mondial d’émissions négatives nettes., de sorte que non seulement les émissions, mais également la quantité absolue de dans l'atmosphère soit réduite.

Pour tenir les objectifs climatiques de Paris dans une économie en croissance, tous les scénarios montrent qu'il faut recourir à d'énormes quantités démissions négatives. Aussi le BECCS est-il envisagé à des échelles . Le formerait des lacs artificiels au fond des océans, les conditions de température et de pression rendant possible le maintien de ce gaz sous forme liquideJean-Baptiste Fressoz, Sans transition, Seuil, janvier 2024, , p. 313-315..

Application Source Source de Secteur Production d'éthanol La fermentation de la biomasse tels que la canne à sucre, de blé ou de maïs libère du en tant que sous-produit Industrie Usines de pâtes et papiers produit dans les chaudières de récupération produit dans les fours à chaux Pour les techniques de gazéification, le est produit lors de la gazéification de liqueur noire et de biomasse telles que l'écorce d'arbre et le bois. De grandes quantités de sont également libérées par la combustion du gaz de synthèse, un produit de la gazéification, dans le processus du cycle combiné. Industrie Production de biogaz Dans le processus de valorisation du biogaz, le est séparé du méthane pour produire un gaz de meilleure qualité Industrie Centrales électriques La combustion de biomasse ou de biocarburant dans des générateurs à vapeur ou à gaz libère du en tant que sous-produit Énergie Centrales thermiques La combustion de biocarburants pour la génération de chaleur dégage du CO2 en tant que sous-produit. Habituellement utilisé pour le chauffage urbain Énergie

Coût Le GIEC indique que le coût estimé du BECSC varie entre 60 et 250 dollars par tonne de .

Techniques La principale technique de captage du à partir de sources biologiques utilise généralement la même technique que le captage de dioxyde de carbone à partir de combustibles fossiles classiques. En gros, trois types différents de techniques existent : la postcombustion, la précombustion et l'oxycombustion IPCC, (2005)"Chapter 3: Capture of " IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage. Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Metz, B., O. Davidson, H. C. De Coninck, M. Loos, and L. A. Meyer (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, p. 105-178..

Oxycombustion alt=|vignette|395x395px| Aperçu de la combustion de l'oxy-carburant pour la capture du carbone de la biomasse, en montrant les processus et étapes clés; une purification est également susceptible d'être nécessaire au stade de la déshydratation. L'oxycombustion est un processus courant dans les industries du verre, du ciment et de l'acier. C'est également une approche technologique prometteuse pour le CSC. La différence principale avec la mise à feu d'air classique est que le combustible est brûlé dans un mélange de O2 et de gaz de combustion recyclé. Le O2 est produit par une unité de séparation d'air qui élimine le N2 atmosphérique du flux d'oxydant. Un gaz de fumée avec une concentration élevée de et de vapeur d'eau est produit, ce qui élimine la nécessité d'une installation de capture de postcombustion. La vapeur d'eau peut être éliminée par condensation et on obtient un flux de de pureté relativement élevée qui, après une nouvelle purification et déshydratation, peut être pompé vers un site de stockage géologique.

Les principaux défis de la mise en œuvre du BECSC par la méthode d'oxycombustion sont associés au processus de combustion. Pour la biomasse à haute teneur en matières volatiles, la température de l'usine doit rester basse afin d'éviter les risques d'incendie et d'explosion. Par conséquent, la concentration en oxygène doit être augmentée jusqu'à 27-30 %.

Précombustion Le captage du carbone avant la combustion fait référence au processus de captage du avant la génération d’énergie. Il est souvent composé de cinq étapes: la production d'oxygène, la production de gaz de synthèse, la séparation du , la compression du CO2, et la production d'énergie. Fondamentalement, le carburant passe d'abord par un processus de gazéification en réagissant avec l'oxygène pour former un flux de CO et d', encore appelé gaz de synthèse. Les produits passeront ensuite dans un réacteur de conversion eau-gaz pour former du et de l'. Le produit sera ensuite capturé et le , source propre, sera utilisé pour la combustion afin de générer de l’énergie. Le processus de gazéification combiné à la production de gaz de synthèse est appelé cycle combiné de gazéification intégrée (CCGI). Normalement, une unité de séparation d’air serait nécessaire pour servir de source d’oxygène. Cependant, les recherches démontrent qu'avec des gaz de combustion identiques, la gazéification de l'oxygène présente peu d'avantages par rapport à la gazéification de l'air et que leur efficacité thermique est similaire, de l'ordre de 70 %, en utilisant le charbon comme source de combustible. Ainsi, l’utilisation d'une unité de séparation d’air n’est pas vraiment nécessaire en pré-combustion.

La biomasse est considérée comme un combustible non-soufré en ce qui concerne la capture avant la combustion. Cependant, les oligo-éléments présents dans la biomasse, telle que le K et le Na pourraient s’accumuler dans le système et finalement provoquer la dégradation des pièces mécaniques. Il est donc nécessaire de développer davantage les techniques de séparation de ces oligo-éléments. De plus, après le processus de gazéification, le absorbe de 13 % à 15,3 % du flux de gaz de synthèse en cas de source de biomasse, alors qu’il n’est que de 1,7 % à 4,4 % pour le charbon. Cela limite la conversion de CO en dans le passage de gaz à l'eau, et le taux de production de H 2 va diminuer en conséquence. Cependant, le rendement thermique du captage utilisant la biomasse avant la combustion est comparable à celui du charbon, qui se situe autour de 62 % à 100 %. En outre, certaines recherches ont également montré qu’au lieu d’utiliser une alimentation en biomasse tel que le lisier, l’utilisation d’un système à sec de biomasse est plus efficace thermiquement et plus pratique.

Postcombustion