Les nouveaux usages du CO2

La demande en CO2 commercial représente aujourd’hui un marché d’environ 500 millions d’euros au niveau européen et de 80 millions d’euros au niveau français. Cette ressource reste ainsi cantonnée à un marché de niche, trouvant ses applications principalement dans le secteur agro-alimentaire qui représente près de 70% de ses débouchés.

Les ambitions politiques de long terme en faveur d’une décarbonation de nos économies laissent entrevoir une croissance forte du coût du CO2 pour les industries françaises et européennes. Des solutions innovantes de valorisation du CO2 comme matière première gagneront ainsi en compétitivité et pourront émerger au cours des prochaines décennies dans divers secteurs.

En France, les producteurs de CO2 commercial se concentrent sur 3 types de gisements : production d’ammoniac, de bioéthanol et d’hydrogène. La France est aujourd’hui proche de l’autosuffisance. 

Le secteur représentant 70% des applications commerciales du CO2 adaptées pour la France :

• Agro-alimentaire : congélation/surgélation, conservation des aliments, carbonisation des boissons, étourdissement des animaux. 

Les secteurs représentant 30% des applications commerciales du CO2 adaptées pour la France :

• Procédés transverses : usages réfrigérants, technologie laser, soudage à l’arc, nettoyage cryogénique. 
• Chimie : extraction/chromatographie par fluide supercritique, cryobroyage, agent de carbonation, synthèse d’urée, production de carbonates organiques cycliques, production d’acide salicylique.
• Matériaux : décapage de pièces métalliques, additifs (exemple : fabrication de filtres à particules pour diesel).  
• Agriculture : culture dans les serres. 
• Autres activités : effets fumées avec de la glace carbonique, traitement anti-calcaire, protection des soudures contre l’oxydation, neige carbonique pour extincteurs, endoscopie…

L’augmentation progressive du prix du CO2 permettra l’apparition de nouveaux débouchés pour la filière à long terme. Des efforts de R&D doivent cependant être conduits pour améliorer la compétitivité des nouveaux usages et anticiper un contexte favorable à leur développement.

Certains usages apparaissent à ce titre particulièrement prometteurs dans une perspective de mise en œuvre d’une décarbonation profonde de nos économies : culture de microalgues, production de méthane de synthèse et fabrication de produits chimiques, notamment du méthanol. À eux seuls, ces trois usages représentent un potentiel de développement suffisant pour multiplier par 30 le volume du marché du CO2 commercial en France. 

La demande française en CO2 pour ses usages traditionnels pourrait croître jusqu'à 47% à l'horizon 2050, en fonction du rythme de développement des industries consommatrices. Mais le potentiel de développement des filières de valorisation du CO2 dépend principalement de l'apparition de nouveaux usages, notamment dans les secteurs de la chimie, de l'énergie ou encore de la construction (usages pour la solidification du béton notamment).

Sia Partners estime à environ 32 Mt le potentiel maximum de la demande en CO2 en France à horizon 2050 pour trois usages clés, soit 30 fois la taille du marché actuel :

• Demande théorique maximale pour la méthanation : 16 MtCO2, avec pour hypothèse une production massive de méthane de synthèse (90 TWh PCS), en phase avec des scénarios de décarbonation des usages de gaz. 
• Demande théorique maximale pour la production de méthanol : 15 Mt, avec pour hypothèse une autosuffisance de la France pour ses besoins futurs en méthanol, du fait de la valorisation du CO2 industriel. 

Demande théorique maximale pour la culture de micro-algues : 1,4 Mt, avec pour hypothèse une utilisation de tout le potentiel exploitable en France, pour une culture avec la technologie raceway.

Ces perspectives restent aujourd'hui encore très incertaines, tant les barrières subsistent. Barrières économiques : compétitivité et besoins de R&D et d'expérimentation à grande échelle. Barrière politique : acceptabilité de ces techniques, soutien et trajectoire d'évolution du coût  du CO2. Barrières organisationnelles enfin : logistique à mettre en place pour relier les producteurs aux consommateurs de CO2.

Le déploiement des nouveaux usages du CO2 ne sera par ailleurs pertinent que s'il est prouvé que ces techniques permettent une réduction effective du CO2 émis sur l'ensemble du cycle de vie des produits qu'il permettra de fabriquer. Les filières de valorisation du CO2 peuvent en effet se révéler très consommatrices en énergie, pour son captage, sa compression, son transport et enfin son usage. La question des sources énergétiques utilisées se posera donc. Par ailleurs, la plupart des usages considérés implique un rejet du CO2 valorisé à la fin de vie du produit. La mise en œuvre de chaînes de valorisation du CO2 dans un objectif de décarbonation des économies n'a donc de sens que si les produits fabriqués se substituent à des produits issus de la valorisation de ressources carbonées. 

De nombreux efforts restent à mener pour permettre aux filières de valorisation du CO2 de jouer un rôle dans l'objectif de neutralité carbone que s'est fixé la France à l'horizon 2050. Une estimation du coût d'abattement du carbone des techniques de valorisation du CO2 doit être conduite au cas par cas, usage par usage, pour vérifier, sur le long terme, où ces filières se situent sur le merit order des solutions de décarbonation.