Orca (« énergie » en islandais) est un projet pilote de géo-ingénierie destiné à capturer le dioxyde de carbone dans l'atmosphère, situé en Islande en contrebas de la chaîne volcanique Hengill, à 30 kilomètres de la capitale Reykjavik. Cette usine a été lancée en par la start-up suisse Climeworks en partenariat avec le projet islandais de stockage souterrain Carbfix. D'une superficie de 1.700 mètres carrés, d'un coût de 10 à 15 millions de dollars, ces installations peuvent aspirer jusqu'à 4.000 tonnes de CO2 par an, lequel est stocké dans une mine de basalte à 1 kilomètre de profondeur. Ce projet se distingue du captage de CO2 à la sortie des cheminées d'industries polluantes, car elle aspire l'air ambiant et en retire le CO2 par un système de filtration. Il s'agit du plus grand projet de captage et séquestration géologique de CO2 du monde, avec le projet « Bison » dans l'État américain du Wyoming, mais ce dernier a été « suspendu » en .
Historique
Choix de l’implantation vignette|La centrale géothermique de Hellisheiði en Islande est le site du projet original de CarbFix Le choix du lieu est stratégique, puisqu’au cœur de ces grandes plaines islandaises se trouve une centrale géothermique, permettant à l'usine de fonctionner uniquement avec des énergies renouvelables. L'électricité produite grâce aux abondantes ressources énergétiques de l'Islande est déjà utilisée à plus de 70% par le secteur industriel, essentiellement des usines d’aluminium.
En plus d'abondantes ressources énergétiques grâce à la géothermie, l'Islande a aussi un sous-sol minéral et minier particulièrement riche. Cette île est un « laboratoire à ciel ouvert » pour de nombreux chercheurs : géologie, sciences de la Terre, sismologie, biologie, ou encore biologie marine. Mais l'Islande en raison des nombreux glaciers qui s'y trouve, est aussi un pays particulièrement exposé aux conséquences du changement climatique, ce qui pousse son gouvernement à une politique particulièrement volontariste pour lutter contre. Selon une étude publiée en dans la revue Communications Earth & Environment du groupe Nature, l’Arctique s’est réchauffé près de quatre fois plus vite que le reste du monde lors des quarante dernières années.
En , la Suisse, d'où est originaire l'entreprise Climeworks porteuse du projet Orca avec son partenaire islandais Carbfix, exporte pour la première fois d'importantes quantités de CO2 liquéfié, issu des émissions de ses activités industrielles, vers l'Islande où il est enfoui par Carbfix.
Chronologie du projet
En 2006, le projet islandais Carbfix est lancé sous l'impulsion de l'université de Reykjavik, du CNRS de Toulouse, de l'Institut de la Terre à l'université Columbia et de la compagnie Reykjavík Energy. Dès 2007, désormais bénéficiant de fonds de l'Union européenne, d'autres universités se joignent à ces recherches. Carbfix devient une société de recherches spécialisée dans le « mélange au bon ratio d'eau et de CO2 », puis pour le captage de ce gaz, se tourne vers la start-up zurichoise Climeworks né en 2009, un partenariat qui permet les années suivantes à Orca de voir le jour.
Entre 2012 et 2014, des injections sont effectuées sur le site pilote, à la centrale géothermique de Hellisheiði, avec des résultats sont plus que probants : 95% du CO2 et du sulfure d'hydrogène infiltrés se sont transformés en minéraux en moins de deux ans. Plus de 100 publications scientifiques sont écrites sur cette expérience de Carbix. De son côté, Climeworks installe le premier projet pilote de « capture directe dans l’air » (en anglais DAC pour « direct air capture ») à proximité du site d'incinération des ordures ménagères de la commune suisse de Hinwil en 2017. vignette|La première ministre islandaise Katrín Jakobsdóttir reçoit le secrétaire d'État des États-Unis Antony Blinken La construction de l'usine d'Orca commence en et dure une quinzaine de mois. En , le secrétaire d'État américain Anthony Blinken se rend en Islande et visite les installations de Carbfix près de la station géothermique de Hellisheiði. Lors de ce déplacement, il rencontre, la Première ministre islandaise Katrin Jakobsdottir et le ministre des Affaires étrangères Gudlaugur Thordarson, et participe à la réunion ministérielle du Conseil de l’Arctique.
L'usine Orca ayant nécessité un investissement de 10 à 15 millions de dollars commence à fonctionner le . L'inauguration se fait en présence de la première ministre Katrín Jakobsdóttir, de l'ancien présent islandais Ólafur Ragnar Grímsson (1996 à 2016), et du maire de Reykjavik Dagur B. Eggertsson.
Processus technique L'usine Orca met en application à grande échelle la technologie de capture de CO2 dans l'air de Climeworks, et le système de transformation chimique de Carbfix. vignette|Système de capture de CO2 de Climeworks exposé à Berne Quatre collecteurs, chacun assorti de 8 ventilateurs brassent l’air pour l’aspirer et le faire passer à travers des filtres. Huit conteneurs superposés en duo forment une structure d'une dizaine de mètres de haut où l'air est aspiré par l'avant avec un ventilateur et rejeté, purifié, à l'arrière.
À l'intérieur des conteneurs-collecteurs, un matériau sélectif (une poudre à base d’amines) filtre les molécules de CO2 ; dès que le filtre est saturé, celui-ci est fermé par deux ouvertures sur les côtés, puis chauffé à environ 100°C. L'opération, qui dure environ quatre heures, permet de séparer le dioxyde de carbone « pur », qui est alors acheminé via un pipeline souterrain de trois kilomètres vers des injecteurs situés sous des dômes gris. Climeworks ne dévoile ni les performances ni la consommation d’énergie de ce système.
Dissous dans l'eau – l'idée est de rendre le CO2 « physique » en le mêlant à de l'eau – le gaz y est injecté à haute pression dans la roche basaltique, entre 800 et 2.000 mètres de profondeur. Le mélange aqueux chargé en CO2 pénètre dans la roche poreuse et se solidifie grâce à une réaction chimique du gaz avec le calcium, le magnésium et le fer contenus dans le basalte, pour former des minéraux carbonatés très stables à long terme. vignette|Image Carbfix montrant la calcite formée dans le basalte en raison de l'interaction eau-roche chargée de CO2 Cette technique reproduit en deux ans un processus naturel qui peut prendre plusieurs milliers d’années : la minéralisation du dioxyde de carbone. Ce procédé, très énergivore bénéficie d'un approvisionnement énergétique abondant et bon marché grâce à la centrale géothermique de Hellisheiði.
Selon Isabelle Czernichowski-Lauriol, déléguée à la Recherche et à l’Appui aux Politiques Publiques au Bureau de recherches géologiques et minières : ..
Modèle économique Sur les quatorze autres sites opérés par Climeworks, le CO2 est vendu en vue d’être recyclé, principalement dans les boissons gazeuses, contrairement à l’usine d’Orca, où le gaz est stocké sous terre. Pour être rentable, Climeworks a donc dû trouver un nouveau modèle économique axé sur la compensation carbone proposée à des particuliers (environ 8.000 lors du lancement de l'usine) et à des entreprises. Ces « clients » peuvent choisir entre trois types d’abonnement, dont l’un consiste à payer mensuellement pour retirer une certaine quantité de CO2. vignette|Schéma indiquant le principe de la compensation carbone. Actuellement (), Climeworks propose sur son site web des abonnements mensuels avec un prix fixe d'1 euro par kilo de CO2 capté avec trois offres suggérées : 30 kg, 50 kg, ou 100 kg de CO2 captés par mois. Le client peut suivre sur un tableau de bord la quantité de CO2 extraite de l'atmosphère grâce à son soutien financier, tandis qu'un certificat lui est envoyé chaque fin d'année indiquant son bilan annuel.
Parmi les entreprises, Microsoft (à la fois client et investisseur, s’est engagé en juillet à acheter pour 10 000 t de crédit carbone à Climeworks), Shopify, The Economist group, ou encore Swiss Re ont signé un contrat avec Climeworks, qui leur propose d'acheter des « retraits de CO2 » pour environ 600 dollars par tonne, et ainsi compenser leur propre pollution. Le coût du captage d’une tonne de CO2 dans l’air coûterait entre 80 et 200 euros selon une estimation de la Commission européenne en 2019.
En , Climeworks annonce avoir délivré ses premiers certificats de compensation carbone à ses entreprises clientes : Microsoft, la plateforme de commerce en ligne Shopify et la société de paiement digital Stripe. En , la banque américaine JPMorgan Chase annonce débourser une enveloppe de 200 millions d'euros pour financer le captage et le stockage de 800.000 tonnes de CO2 en partenariat avec plusieurs entreprises, dont Climeworks.
Limites
Insuffisance au regard des émissions mondiales de CO2 Cette technique coûte cher et l'usine n'absorbe que 4000 tonnes de CO2 par an, soit l’impact carbone de toute la durée d'utilisation de 870 voitures, ou à 4 000 vols Paris-New-York, ou encore au niveau mondial, l'équivalent de trois secondes d'émission de CO2. Si l’Islande, où plus de 70 % de l’énergie primaire provient de la géothermie et qui dispose de ressources en eau abondantes, semble le terrain d'expérimentation idéal pour cette technologie, celle-ci n’est pas reproductible partout.
Le coût d'exploitation d'une telle technologie Paradoxalement, bien que les concentrations de CO2 dans l'atmosphère soient assez alarmantes pour justifier de tels investissements dans des technologies de décarbonation, celles-ci restent insuffisante (0,041%) pour que les procédés de capturer le dioxyde de carbone dans l'atmosphère soient efficaces. En effet, Orca doit aspirer et filtrer deux millions de mètres cubes d'air en moyenne, soit l’équivalent de 800 piscines olympiques, pour capturer une seule tonne de CO2, un procédé très énergivore et coûteux. Toutefois, une piste possible serait de se contenter de capter « seulement » les deux tiers du CO2 contenu dans l'air prélevé, ce qui améliorerait significativement l'efficacité par rapport au prix.
Les projets de capture de dioxyde de carbone en sortie des cheminées d'usine où sa concentration dans les fumées est comprise entre 4 et 40 % sont plus faciles, mais ces deux procédés ne sont pas en concurrence, chacun devant s'ajouter à l'autre pour éliminer un maximum de CO2 de l’atmosphère.
Le coût de capture du CO2 serait de 50 et 180 euros par tonne dans les fumées industrielles, et monte à 335 euros par tonne lorsqu'il est aspiré et capté dans l'atmosphère. Mais selon l’Agence Internationale de l’Énergie, ces coûts pourraient chuter en dessous de 100 euros par tonne dès 2030 pour des installations disposant de grandes ressources d’énergies renouvelables, confirmant l'avantage compétitif de l'Islande.
Perspectives En , après un an d'activité, Julie Gosalvez, directrice du marketing de Climework en fait un bilan positif, déclarant : . Les cofondateurs de Climeworks, Christoph Gebald et Jan Wurzbacher, croient en leur projet et prévoient de construire entre 2025 et 2030 des usines capables de capter 1 million de tonnes de CO2 par an, et ambitionnent d’atteindre 1 milliard de tonnes vers 2050.
La technologie d'Orca peut être reproduite à des échelles toujours plus grandes dans le monde là où les conditions d'accès à l'énergie renouvelable et au stockage souterrain sont disponibles. Au niveau mondial, en 2022, une trentaine d’installations à grande échelle sont en opération pour décarboner la production d’électricité (centrale charbon, centrale gaz) et l’industrie (aciérie, cimenterie, chimie) et 35 à 40 millions de tonnes sont ainsi captées et stockées annuellement. Les experts du GIEC estiment qu’il faudrait en capter et stocker 50, voire 100, fois plus d’ici 2035 pour répondre aux objectifs de neutralité carbone – ce qui appelle au déploiement des moyens de capture et séquestration de CO2 à grande échelle. Ces derniers rappellent cependant que la sobriété est incontournable pour limiter le réchauffement climatique.