Une industrie sans émissions de CO2 en ligne de mire

La liste des membres de l'association pour la décarbonisation de l'industrie est extrêmement variée. Outre le Tech Cluster Zoug, le fournisseur régional d'énergie et d'eau WWZ et l'Empa en tant que membres fondateurs, on y trouve le fabricant d'appareils ménagers V-ZUG, le groupe industriel Metall Zug AG, la société de traitement des déchets AVAG, le fabricant d'installations de pyrolyse XGas Swiss (en cours de création), le gestionnaire de placements sur le marché privé Partners Group, Accelleron Industries, la division turbocharging d'ABB, l'entreprise de technologie médicale SHL Medical, VZ Depotbank AG, l'entreprise de chimie de spécialités Sika, l'entreprise de mobilité AMAG Gruppe, le groupe technologique Siemens et Holcim en tant que fournisseur de solutions de construction. Bien qu'actifs dans des secteurs très différents, les partenaires veulent avancer ensemble vers une réduction rapide et globale du CO₂ dans les applications industrielles.

En ligne de mire: un nouveau procédé de production d'hydrogène

Pour décarboniser les processus industriels à haute température, qui sont les troisièmes plus gros consommateurs d'énergie en Suisse, un nouveau procédé de production d'hydrogène basé sur la séparation de l'hydrogène (H₂) du méthane (CH₄) – appelé pyrolyse du méthane – doit être utilisé dans une installation de démonstration prévue à Zoug. Le méthane est le principal composant du gaz naturel fossile et du biogaz, mais il peut également être produit de manière synthétique à partir d'hydrogène et de CO₂ issus de sources renouvelables. Dans le démonstrateur prévu dans le Tech Cluster Zoug, l'hydrogène produit par pyrolyse doit remplacer le gaz naturel fossile dans les fours d'émaillage de V-ZUG, afin de montrer comment de telles applications peuvent être décarbonisées. Parallèlement, le démonstrateur doit pouvoir être utilisé par d'autres membres de l'association pour clarifier la décarbonisation de leurs applications. Contrairement à la production industrielle actuelle d'hydrogène, la pyrolyse du méthane ne génère pas de CO₂ comme sous-produit, mais du carbone solide (en poudre) qui, dans le cadre des activités de l'association, doit être transformé en une ressource pour la construction et l'agriculture, par exemple en tant qu'additif dans les matériaux de construction ou pour enrichir l'humus.

La particularité de cette nouvelle approche: si l'on utilise du méthane synthétique à la place du gaz naturel fossile pour la production d'hydrogène par pyrolyse, on obtient même des émissions négatives de CO₂! En effet, pour produire du méthane synthétique, il faut prélever plus de CO₂ dans l'atmosphère qu'il n'en est ensuite rejeté au cours de toutes les étapes du processus. Le carbone séparé par la pyrolyse du méthane est ainsi durablement retiré de l'atmosphère. Les technologies à émissions de CO₂ négatives sont nécessaires à grande échelle si la Suisse veut atteindre ses objectifs en matière de CO₂: en effet, environ un quart des émissions de CO₂ produites aujourd'hui dans le pays (soit 10 millions de tonnes) ne peuvent pas être réduites par le passage aux énergies renouvelables.

Parallèlement à la production d'hydrogène par pyrolyse, il est également prévu de réaliser une installation d'électrolyse décentralisée pour la production d'hydrogène à partir de l'eau, basée sur l'électricité. De telles installations fournissent de l'hydrogène de grande pureté, tel qu'il est par exemple nécessaire pour les camions équipés de piles à combustible. L'électrolyse de l'eau présente des rendements globaux plus élevés que la pyrolyse du méthane, mais n'atteint pas des émissions de CO₂ aussi faibles (voire négatives). À Zoug, l'électrolyse doit être réalisée de manière décentralisée, sans être liée à une centrale électrique, car cela permet d'éviter la distribution inefficace d'hydrogène par camion sur la route. Afin d'éviter de devoir étendre le réseau électrique de manière décentralisée, il convient de développer, en collaboration avec le fournisseur d'électricité local, un concept d'exploitation "adapté au réseau", basé sur l'utilisation des capacités libres du réseau électrique.

Une industrialisation rapide comme objectif

Dans le domaine de la production d'hydrogène par électrolyse, l'industrialisation est déjà avancée. En revanche, la pyrolyse du méthane est un processus qui n'a été testé qu'en laboratoire, mais qui a fait l'objet de nombreuses études scientifiques et qui se trouve au seuil de l'application industrielle. Aux États-Unis, par exemple, une première grande installation de production de carbone a récemment été mise en service en collaboration avec l'industrie du pneu. L'association pour la décarbonisation de l'industrie se concentre dans un premier temps sur l'utilisation de la pyrolyse du méthane dans des installations industrielles décentralisées et raccordées au réseau de gaz. Environ 50% des processus à haute température en Suisse entrent en ligne de compte. Avec la réalisation du démonstrateur à Zoug, l'association entend donner un coup de pouce à cette technologie en vue de son industrialisation. Grâce à leur large éventail de compétences, les partenaires du réseau couvrent l'ensemble de la chaîne de création de valeur.