Une production mondiale en forte croissance et des technologies en cours de développement, destinées à  répondre au challenge de la réduction des émissions de CO2, laissent présager un avenir prometteur pour le charbon dans les prochaines décennies.

Après avoir analysé l’actuel renouveau du charbon dans des articles de ce blog (Le charbon:rapide état des lieux sur la deuxième source d’énergie mondiale, Vers un retour du charbon vapeur pour la production d’énergie), nous posons à  présent la question de la place du charbon pour la future production d’électricité, face à  une demande en constante augmentation.

La demande croissante d’énergie va permettre au charbon vapeur de rester une source d’énergie indispensable pour l’avenir

La demande globale d’électricité devrait doubler dans les vingt-cinq prochaines années de 14376 TWh en 2004 à  28093 TWh en 2030. Cette dernière augmenterait trois fois plus vite dans les pays en développement que dans les pays de l’OCDE (Cf. graphique ci-dessous).

L’Inde enregistrera la plus forte progression de la demande avec 5,4% en moyenne par an entre 2004-2030, suivi de la Chine avec 4,9%. De plus, entre 2004 et 2015, cette dernière verra sa demande évoluer à  un taux de croissance annuel moyen de 7,6%, résultat nettement supérieur à  la moyenne mondiale mais cependant inférieur aux 12% de croissance observées sur les cinq dernières années.

Pour répondre à  cette forte croissance de la demande, la production d’électricité devrait également doubler passant de 17400 TWh en 2004 à  33800 TWh en 2030¹. Selon le scénario de référence de l’AIE, la part du charbon dans la production totale d’électricité passerait alors de 40% en 2004 à  44% en 2030 tandis que celle du gaz ne progresserait que de 20 à  23%. Quant aux énergies renouvelables (hors hydraulique), elles continueront à  rendre leur part de plus en plus significative sur ce marché passant de 2 à  7% entre 2004 et 2030, alors que le nucléaire voit sa part diminuer de 16 à  10% sur cette même période.

Focalisons-nous à  présent sur l’évolution de la demande de charbon par zone géographique, l’objectif étant à  présent de constater qu’elle sera particulièrement importante dans la zone asiatique.

Prospectives de l’économie charbonnière : l’importance de la Chine et de l’Inde

La demande globale de charbon devrait progresser en moyenne de 1,8% par an entre 2004 et 2030. Les perspectives concernant l’utilisation du charbon ont été revues à  la hausse par rapport aux résultats du WEO 2005 (+19%), car les prix du charbon devraient rester nettement inférieurs à  ceux du gaz naturel, le principal concurrent du charbon, particulièrement dans le secteur électrique. La croissance de la demande globale reste cependant inférieure à  la croissance des cinq dernières années, où elle a dépassé les 5% par an.
Cependant, les perspectives d’évolution de la demande de charbon diffèrent selon les zones géographiques. La plus forte progression de la demande proviendrait de l’Asie et en particulier de la Chine et de l’Inde où les ressources en charbon sont abondantes. En effet, la Chine et l’Inde jouent un rôle majeur puisqu’elles contribueront aux trois quart de l’augmentation de production mondiale, évaluée à  3300 Mt supplémentaires en 2030 par rapport à  2004. Concernant la demande, ces deux pays représenteront à  eux deux 78% de l’accroissement mondial entre 2004 et 2030 et verront leur demande augmenter respectivement de 2,8% et 3,3% en moyenne par an sur cette même période de projection. . L’Australie, l’Indonésie, l’Afrique du Sud et la Colombie devraient aussi augmenter significativement leur production afin de répondre aux besoins domestiques d’une part et pour profiter d’une demande internationale croissante d’autre part.
Dans les trois régions de l’OCDE, la demande de charbon progresse bien plus lentement. Le système européen d’échange de quotas d’émission de gaz à  effet de serre mis en place en 2005 devrait contribuer au déclin de la demande de charbon dans l’Union Européenne, même si les très faibles cours actuels du carbone incitent les énergéticiens à  prolonger la durée de vie de leurs centrales au charbon et à  y investir².

La production d’électricité devrait compter à  elle seule pour81% de l’augmentation de la demande de charbon à  l’horizon 2030. Ainsi, la part du secteur électrique dans la demande globale de charbon croîtrait de 68% en 2004 à  73% en 2030. On constate donc un décalage dans l’évolution de la production par type de charbon, reflétant la demande future, les coûts de production et les différences en termes de disponibilités locales. En effet, la production de charbon vapeur augmente beaucoup plus rapidement, et enregistre la plus forte progression, +70% entre 2004 et 2030 contre +25% pour le charbon à  coke et +45% pour le lignite.

Ainsi, les besoins en investissement de l’industrie charbonnière pour les vingt-cinq prochaines années s’élèvent à  563 milliards de dollars dans le scénario de référence de l’AIE. Les constructeurs de centrales (Alstom, GE, Siemens) ont annoncé que plus de 40% de leurs commandes mondiales pour des centrales à  construire dans la prochaine décennie concernaient des centrales au charbon.
Cependant, tandis que l’efficacité et la propreté des centrales au charbon s’améliorent, le charbon reste le carburant fossile le plus polluant. La question de la lutte contre le réchauffement climatique se faisant de plus en plus pressante, le charbon n’est donc tout simplement pas la solution, estiment les écologistes. L’avenir du charbon est donc fortement lié à  la volonté de réduire les émissions de gaz à  effet de serre, et à  l’avancée des techniques de captage et de stockage du CO2.

Quelles sont les solutions pour améliorer la performance environnementale ?

Contrairement à  ce que nous pourrions croire en France, les technologies du charbon sont actuellement en pleine mutation. D’importants progrès ont déjà  été effectués pour améliorer les rendements énergétiques des centrales à  charbon afin de diminuer leurs rejets à  court terme. Parmi les centrales thermiques opérationnelles aujourd’hui, on peut en distinguer deux types : la combustion de combustible pulvérisé et la combustion par lit fluidisé. Afin d’augmenter le rendement, la flexibilité et réduire de plus en plus les émissions, de nouvelles technologies de centrales sont actuellement en développement :

• Cycle combiné à  gazéification intégrée (IGCC³) : Ce procédé qui consiste en une transformation des combustibles fossiles solides ou liquides en combustible gazeux, est mis en œuvre dans le monde entier dans un certain nombre de centrales de démonstration, atteint un rendement de 43% mais pourra parvenir à  terme à  53%. Un manque de compétitivité et de fiabilité empêche actuellement une réelle percée commerciale.
• Combustion du charbon pulvérisé sous pression : Le charbon brûlé à  haute température (1250°C), sous pression d’environ 16 bars, permettrait d’atteindre un rendement supérieur à  50%. Cependant cette technologie impose de très fortes contraintes sur les turbines, notamment en terme de résistance des matériaux et de corrosion.
• Combustion à  lit fluidisé sous pression : Ce concept offre la possibilité d’utiliser du charbon fossile directement dans la turbine à  gaz sans passer par l’étape intermédiaire de la gazéification, fonctionne avec un rendement de 40%. Avec un potentiel de rendement limité et un manque de fiabilité, ce procédé n’a pas obtenu de réel succès.
• Procédés hybrides : Avec la technologie IGCC
  ³, l’utilisation d’une pile à  combustible peut être envisageable et permettrait d’atteindre des rendements de l’ordre de 70%, mais il faudra attendre une vingtaine d’années.

Le captage et stockage du CO2 apparaît être une deuxième solution, mais ou en est-on réellement ?
La séquestration du CO2 est une nouvelle technologie qui permet de capturer les émissions pour ensuite les stocker. Avant de pouvoir séquestrer le CO2, il faut pouvoir le séparer du reste du gaz. Aujourd’hui, on dénombre trois techniques de capture du CO2 :

• La séparation post-combustion a pour objectif d’extraire le CO2 dilué dans les fumées de combustion. Il s’agit de la seule bien développée et testée dans une douzaine d’usines dans le monde.
• La séparation pré-combustion permet de capter le carbone avant combustion, lors du processus de fabrication du combustible. Ce type d’extraction est déjà  utilisée dans les industries chimiques mais beaucoup moins dans le secteur électrique car la quantité d’énergie nécessaire est trop importante.
• L’oxy-combustion n’est pas à  proprement parler une capture du CO2. Il s’agit en réalité de produire une fumée concentrée à  90% de CO2 en réalisant une combustion à  l’oxygène pur. « L’inconvénient est que les méthodes actuelles destinées à  produire de grandes quantités d’oxygène très pur sont coûteuses, aussi bien en termes de frais d’investissement que de consommation d’énergie. »⁵

Après la capture, le CO2 doit tout d’abord subir quelques transformations (désulfurisation, déshydratation, compression) pour être ensuite transporté vers une zone de stockage . Parmi les solutions de stockage⁶, on distingue (1) le stockage géologique qui concerne les réserves abandonnées de pétrole et de gaz naturel, les aquifères salins et les veines de charbon non exploitables⁷; (2) le stockage non géologique c’est-à -dire l’utilisation des fonds marins⁸ .

Ainsi il apparaît que le développement des composantes des systèmes CCS (Carbon Capture and Storage) est sans aucun doute l’enjeu le plus important pour l’avenir de l’industrie du charbon. « Seules quelques unes d’entre elles sont sur un marché parvenu à  maturité; beaucoup sont encore au stade de la recherche ou des essais et certaines sont viables économiquement sous certaines conditions. Pourtant, même si l’objectif est la maîtrise de la technologie, il est également important de trouver des moyens économiques de transférer ces technologies si nécessaires. »

Quel est l’avenir du charbon ? Cela va dépendre des décisions politiques et des percées technologiques dans les années à  venir; mais quoi qu’il arrive, le charbon va rester un combustible majeur pour la production d’électricité, au moins pendant toute la première moitié du XXIème siècle.

Sia Conseil

Notes :
(1) Résultats du scénario de référence de l’AIE dans le WEO 2006.
(2) http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/42358.htm
(3) Integrated Gasification Combined Cycle
(4) Extrait de « Charbon propre : mythe ou réalité », Groupe de travail sur le charbon du délégué interministériel au développement durable, 2006.
(5) Le transport est réalisé le plus souvent, sous haute pression dans des pipelines ou par voie maritime, une autre solution qui s’avère plus économique dans certains cas.
(6) La capacité de stockage souterrain totale est évaluée à  environ 2000 Gt de CO2.
(7) Cette solution ne semble pas retenue en raison des dangers pour l’écosystème sous-marin.
(8) Extrait de « Charbon propre : mythe ou réalité », Groupe de travail sur le charbon du délégué interministériel au développement durable, 2006.

Sources :
AIE
GGIEC
« Charbon propre : mythe ou réalité », Groupe de travail sur le charbon du délégué interministériel au développement durable, 2006
L’avenir du charbon propre : Philippe de Ladoucette, Président des Charbonnages de France

Articles dans : Articles, Charbon, Electricité

| 30 avril 2007 | | |