Les méthodes de Direct Air Capture (DAC)

Pour lutter contre le réchauffement climatique, trois grands piliers d’actions doivent être pris en compte : 

• La réduction des émissions de CO₂ via une transformation des activités économiques ;
• L’adaptation, à travers des actions permettant d’adapter nos sociétés aux conséquences du changement climatique ;
• L’élimination du dioxyde de carbone, en retirant activement le CO₂ de l’atmosphère et en le stockant de manière durable.

Si la réduction des émissions demeure l’action prioritaire, elle peut être complétée par les méthodes proposées par la figure suivante. 

Parmi ces méthodes d’élimination du carbone se trouvent les systèmes de Direct Air Carbon Capture and Storage (DACCS). Ces procédés séparent le CO₂ de l’air et génèrent du dioxyde de carbone à haute concentration, pouvant être stocké dans des formations géologiques profondes, à plusieurs centaines de mètres sous terre.

Les solutions de DACCS apparaissent comme un moyen de retrait « permanent » de CO₂, dans les trajectoires Net Zéro, permettant de compenser les émissions résiduelles difficiles à éliminer.

Dans l’objectif d’atteindre la neutralité carbone, la France a mentionné dans le cadre de sa troisième Stratégie Nationale Bas-Carbone (SNBC), la nécessité de recourir à des puits de carbone (naturels et technologiques). 

Le potentiel des méthodes fondées sur la nature ayant été revu à la baisse, en raison notamment des effets du changement climatique sur les surfaces boisées (sécheresse, feux de forêts, etc.), il doit être compensé via d’autres solutions, dont les procédés industriels de captage et de stockage direct du CO₂ dans l’atmosphère. Le potentiel ainsi retenu pour le DACCS est estimé à 6 MtCO₂/an à l’horizon 2050, se référant au scénario central de la stratégie française CCUS publiée en juillet 2024.

Les estimations de consommation énergétique de systèmes DAC varient grandement selon le processus technologique, la maturité du système ou encore les sources bibliographiques étudiées.

Les consommations issues des procédés présentés ci-dessus (L-DAC et S-DAC) sont actuellement les plus documentées. 

Il est possible d’obtenir des moyennes de consommations énergétiques pour les technologies actuelles, et des estimations à l’horizon 2050.

Ces baisses de consommations énergétiques s’expliquent par de potentielles optimisations futures au niveau des procédés (nouveaux modes de régénération, amélioration du processus de montée en chaleur, optimisation des contacteurs d’air) et au niveau des matériaux (amélioration de la sélectivité et de la cinétique, optimisation de la forme des matériaux, nouvelles fonctionnalisations).

Ces estimations concernent cependant un scénario tendanciel, et ne prennent pas en compte d’éventuelles ruptures technologiques majeures (comme la régénération électrochimique pour les L-DAC). 

Un potentiel inversement des consommations énergétiques des technologies de DAC pourrait également avoir lieu. En effet, sans rupture technologique majeure, les systèmes L-DAC deviendraient possiblement plus énergivores que les systèmes S-DAC, car bénéficiant de moins de possibilités d’optimisations futures, ni de couplages énergétiques “simples” (aujourd’hui pour les technologies les plus matures, la régénération du CO₂ s’effectue à 900 °C pour le procédé L-DAC vs 100 °C pour le S-DAC).

Des coûts élevés et variables entre L et S-DAC pour les projets « pionniers » (FOAK) mais qui devraient diminuer fortement à l’avenir pour les projets matures (NOAK)

Pour les premiers projets aujourd’hui mis en service « First-of-a-Kind (FOAK) » et les projets en devenir « Nth-of-a-Kind (NOAK) », Sia a réalisé une analyse de la littérature qui donne des estimations de coûts (€/t CO₂ retirée de l’atmosphère) suivantes :

Dans le cas de technologies FOAK, les procédés de S-DACCS atteignent des coûts supérieurs à ceux de L-DACCS. 

Cette différence s’explique par de nombreux facteurs : maturité des projets, économies d’échelle pour les installations de L-DACCS, coûts des sorbants plus élevés que des solvants classiques, différentes montées en température, etc.

En ce qui concerne des installations NOAK, les coûts des deux familles technologiques (L-DACCS et S-DACCS) tendraient à se rapprocher aux alentours de 230-300 €/tCO₂. Cela s’explique notamment grâce à l’apprentissage technologique, l’amélioration des procédés ou encore les sources d’approvisionnement énergétique et les couplages possibles associés.

Ces estimations sont cependant à prendre avec précaution, dans la mesure où le stockage est supposé à proximité du lieu de capture. La partie des coûts associée aux étapes aval reste encore à quantifier précisément et pourrait influencer, voire renchérir le coût total de la filière. 

Différents critères d’implantation sont à prendre en compte dans l’étude du déploiement de technologies de DAC. 

Selon notre analyse résumée ci-dessous, toutes les conditions ne sont pas encore réunies. 

À ce stade, un déploiement à grande échelle des technologies de capture directe dans l’air (DAC), d’ici la fin de la décennie, ne paraît pas réaliste, notamment en raison de l’absence de cadre réglementaire adapté (mécanismes de soutien, facilitation d’implantation).

Il existe néanmoins un potentiel réel de déploiement à l’horizon 2050 et au-delà, porté par un mix électrique décarboné performant et potentiellement innovant, le développement de couplages énergétiques (centrales nucléaires, petits réacteurs modulaires SMR) et la présence d’infrastructures de transport et de stockage du CO₂.

La réalisation de cet objectif suppose toutefois des évolutions du cadre réglementaire, afin de favoriser et d’encourager le déploiement de ces technologies en France. 

Quelques acteurs du monde académique et certaines startups (Yama, Alpine-X, Norma, Aerleum, Stathmos et Carbon Cage) sont tout de même déjà actifs sur le sujet.

Les projets de DAC en France comme en Europe pourraient ainsi se multiplier, tout en demeurant confrontés à certaines limites, notamment liées à l’évolution et la disponibilité du réseau électrique, aux possibilités de couplage entre systèmes énergétiques (énergie nucléaire et chaleur fatale), à la disponibilité du foncier ou de la ressource en eau (L-DAC) et à la mise en place d’un cadre réglementaire fort.