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Comment les émissions industrielles de CO2 sont recyclées en matériaux

La fabrication de polyols au départ de CO2 en phase de test en laboratoire. ©Covestro

Le vieux rêve des chimistes devient réalité: on transforme déjà du CO2 en composant organique de polyuréthane. Les membres de Carbon4Pur veulent aller plus loin.

Capturer le dioxyde de carbone (CO2) dans les cheminées des usines pour le réutiliser dans la fabrication de composants chimiques servant de substituts à des matériaux issus de la pétrochimie? Cette belle équation, susceptible d'avoir un double effet environnemental positif - réduire les émissions de gaz à effet de serre et accélérer le remplacement des produits issus des énergies fossiles -, est en passe d'être résolue par une douzaine d'entreprises et d'universités européennes.

Coalisées sous l'enseigne "Carbon4Pur" et soutenues par un financement de l'Union européenne, elles viennent de faire la démonstration que le projet est réalisable. Et le groupe allemand Covestro, qui mène le consortium de recherche, a déjà franchi en solo une étape supplémentaire: ses équipes ont mis au point une nouvelle technologie permettant de transformer du CO2 pur en polyol, un des deux éléments de base du polyuréthane. Baptisée "Cardyon", la technologie est déjà utilisée, sous la marque homonyme, dans une série d'applications commercialisées un peu partout, y compris en Belgique.

18%
réduction des émissions de gaz à effet de serre
Par rapport aux matières premières à base fossile, le recours partiel à des composants à base de CO2 dans la production de polyols permet de réduire de 18% les émissions de gaz à effet de serre concernées.

On trouve ainsi sur le marché des matelas, des chaussures, des chaussettes, des sièges d'automobile ou encore des matériaux d'isolation avec une base de polyuréthane comprenant jusqu'à 20% de polyols issus de CO2. Le groupe belge Recticel figure parmi ces producteurs qui utilisent cette matière première alternative. Si vous achetez un de ses matelas de marque Beka ou Lattoflex, vous allez probablement vous allonger sur du CO2 transformé... Recticel a d'ailleurs aussi rejoint le projet Carbon4Pur, faisant, comme Covestro, le lien entre les deux développements.

Comment ça marche ? Il y a dix ans, Covestro a voulu concrétiser le vieux rêve de nombreux chimistes: réutiliser du CO2 dans la fabrication de produits. Il a lancé le projet Cardyon qui, au bout de 5 ans de travaux, a abouti à l'installation d'une usine test près de son siège de Leverkusen, en Allemagne. Ses équipes ont mis au point un processus qui permet d'intégrer, sous l'effet d'un catalyseur, du CO2 pur dans la fabrication de polyol, composant organique du polyuréthane. "La production de ce matériau à base de CO2 s'avère plus respectueuse de l'environnement que la production classique à base de pétrochimie, explique Persefoni Hilken, venture manager du projet Cardyon. Une étude de l'Université d'Aix-la-Chapelle a montré qu'un kilo de polyol Cardyon, composé à 20% de CO2, débouche sur une réduction de 18% des émissions, comparativement à un polyol à base 100% pétrochimique."

Pionnier

L'usine test tourne actuellement avec une capacité de 5.000 tonnes par an. Modeste, en regard de la production de polymères globale de Covestro, mais suffisant pour alimenter une série d'industriels à des conditions (prix et qualité) qui les satisfont puisqu'ils en redemandent. "D'autres producteurs se sont lancés dans les matériaux à base de CO2, mais nous avons été le pionnier", précise Hilken, qui ajoute que son CEO veut transformer Covestro en un acteur de l'économie circulaire. De bon augure pour l'avenir de Cardyon.

Le consortium réuni dans Carbon4Pur" veut aller encore plus loin. L'objectif est de capter les gaz issus de la production d'acier (les gaz des hauts-fourneaux) pour les purifier, puis les transformer en polyols. Non seulement le dioxyde de carbone, mais aussi le monoxyde de carbone (CO). "On a choisi la sidérurgie pour commencer parce que ce secteur est un gros émetteur de CO2 et que même s'il a réduit ces dernières années ses volumes de gaz, il devra toujours en émettre dans la production d'acier", explique Liv Adler, la coordinatrice du projet Carbon4Pur.

"On a choisi la sidérurgie pour commencer parce que ce secteur est un gros émetteur de CO2 et que même s'il a réduit ces dernières années ses volumes de gaz, il devra toujours en émettre dans la production d'acier."
Liv Adler
coordinatrice, Carbon4Pur

Lancé il y a trois ans et demi, le projet a abouti, fin mars dernier, à de premiers résultats positifs. Les partenaires ont étendu, d'une part, la technologie Cardyon de Covestro en démontrant qu'elle pouvait être alimentée en CO2 récupéré en usine et ont réussi, d'autre part, à produire aussi des polyols en utilisant du monoxyde de carbone.

Seul hic, ils n'ont pas encore eu le loisir de tester in situ la récupération et la réutilisation des CO2 et CO de sidérurgie. Pour l'instant, l'Université de Gand a fait la preuve en laboratoire qu'on peut purifier ces gaz et Recticel ainsi que le producteur grec Megara Resins ont déjà fabriqué des mousses rigides pour panneaux isolants et des polyuréthanes pour revêtements sur base de ces polyols, mais il reste à effectuer le test grandeur nature. En reliant une usine sidérurgique (ArcelorMittal figure parmi les partenaires) et une fabrique de polyols. Liv Adler estime qu'il faudra encore 6 ans d'efforts.

Objectif circularité pour Covestro

Covestro est une spin-off du géant de la chimie allemande Bayer. La scission a été opérée en 2015. Elle est spécialisée dans la production de polymères de haute technicité. Elle a réalisé l’an dernier un chiffre d’affaires de 10,7 milliards d’euros. Elle exploite 33 unités de production dans le monde et emploie quelque 16.500 personnes.

La société est cotée à la Bourse de Francfort. Elle y a rejoint en 2018 le DAX-30, l’indice réunissant les 30 principales valeurs.

Covestro est bien présente sur le sol belge. Elle exploite en effet une usine au port d’Anvers, qui produit des polycarbonates, des plastiques à haute résistance thermique. C’est aussi un employeur important de la place, puisqu’elle y compte 850 collaborateurs.

L’an dernier, son CEO Markus Steilemann lui a assigné une nouvelle mission: se transformer en acteur à 100% circulaire. Le développement de matériaux alternatifs, tels ces polyols à base de CO2, s’inscrit dans ce cadre.

Le résumé

  • Récupérer les émissions de gaz à effet de serre dans les cheminées des usines pour les purifier puis les transformer en composants organiques est désormais possible.
  • Le groupe industriel allemand Covestro le fait déjà avec du CO2 pur; il produit et commercialise depuis 5 ans des polyols contenant jusqu'à 20% de CO2.
  • Le consortium de recherche européen Carbon4Pur a démontré la faisabilité d'un projet similaire, mais où le CO2 proviendra des émissions d'usines sidérurgiques.
  • Recticel, l'Université de Gand et ArcelorMittal participent activement au projet.

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