Remplir les puits de pétrole et de gaz abandonnés avec du bio-pétrole fabriqué à partir de résidus végétaux tels que des tiges de maïs et des débris forestiers pourrait contribuer à éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère, en renvoyant le carbone sous terre dans des puits profonds autrefois utilisés pour l’extraire.
Cette pratique émergente, qui fait l’objet d’une étude récente menée par une équipe de recherche de l’université d’État de l’Iowa dirigée par le professeur de génie mécanique Mark Mba-Wright, présente un double avantage. Les matières organiques indésirables collectées dans les forêts et les champs contribuent à séquestrer le carbone dans des stockages à long terme, tout en réduisant les émissions et les risques pour la sécurité posés par les centaines de milliers de puits de pétrole orphelins aux États-Unis.
« D’un côté, vous avez ces déchets sous-utilisés. De l’autre, vous avez des puits de pétrole abandonnés qui doivent être bouchés. C’est une ressource abondante qui répond à une demande urgente », a indiqué M. Mba-Wright.
D’après les recherches de l’équipe de M. Mba-Wright, un réseau de 200 installations mobiles de production de bio-huile pourrait constituer une extension économiquement et techniquement viable de cette technologie, qui est déjà utilisée à des fins commerciales de manière limitée. L’étude, récemment publiée dans Energy Conversion and Management, estime que le système proposé pourrait séquestrer le dioxyde de carbone pour environ 152 dollars la tonne, ce qui le rendrait compétitif par rapport à d’autres méthodes d’élimination du dioxyde de carbone, mais avec un investissement initial bien moindre.
« L’une des innovations ici est que vous pouvez capturer le carbone avec des unités de la taille d’un chargeur compact ou d’une moissonneuse-batteuse. Vous pouvez commencer à petite échelle », ajoute le Professeur de génie mécanique.
Projection des coûts
Le cœur du système proposé est la pyrolyse rapide, un processus qui consiste à transformer des particules séchées de matière biologique en bio-huile liquide en les exposant dans un environnement sans oxygène à une chaleur intense pendant quelques secondes, à des températures pouvant dépasser 1 000 degrés Fahrenheit. La matière organique contient du carbone qu’elle a extrait de l’air par photosynthèse lorsqu’elle était vivante.
Le sous-produit solide, le biochar, peut être vendu aux agriculteurs comme amendement du sol. Le sous-produit gazeux est capturé pour être réutilisé comme combustible afin de générer la chaleur intense nécessaire à la pyrolyse. Mais l’objectif principal de la pyrolyse rapide est de produire de la bio-huile, un fluide dense et riche en carbone qui se forme lorsque la vapeur libérée au cours du processus se condense.
Diverses utilisations de la bio-huile ont été identifiées et d’autres sont à l’étude. Mais son injection dans des puits de combustibles fossiles vides permettrait de maximiser le potentiel de capture du carbone de la bio-huile et de tirer parti des puits souterrains existants, dont le bouchage coûterait autrement environ 1 million de dollars. Le remplissage d’un puits de pétrole brut, d’une largeur moyenne d’environ 1,6 pied et d’une profondeur de près de 2,6 miles, nécessite plus de 216 000 gallons de liquide. La loi bipartite de 2021 sur les infrastructures a alloué 4,7 milliards de dollars pour sceller environ 120 000 puits abandonnés, mais les estimations citées par l’étude suggèrent qu’il existe entre 300 000 et 800 000 puits orphelins non répertoriés aux États-Unis.
Dans le cadre du système proposé, chaque unité mobile de pyrolyse rapide traiterait environ 10 tonnes de matière première par jour. Dans le Midwest, la principale source de biomasse étudiée était les résidus de maïs, c’est-à-dire la partie de la plante qui reste dans les champs après la récolte. Dans l’Ouest, il s’agirait des débris de bois retirés des forêts afin de réduire les risques d’incendie. Les chercheurs ont également étudié le panic raide et les panneaux à copeaux orientés comme matières premières pour les pyrolyseurs mobiles, qui déposeraient la bio-huile dans des terminaux centralisés pour la transporter vers les sites des puits.
Selon les estimations de l’étude, la construction des unités coûterait environ 1,3 million de dollars et la bio-huile devrait être vendue au moins 175 dollars la tonne. Les coûts d’élimination du carbone varient en fonction de la matière première, le taux pour les matériaux à base de bois étant estimé à environ 100 dollars la tonne. Les coûts de réduction sont encore plus bas lorsqu’on tient compte du carbone contenu dans le biochar et d’un taux d’apprentissage, un facteur qui estime la réduction des coûts d’investissement et d’exploitation au fil du temps.
« Plus ils construiront d’unités, plus ils seront efficaces dans leur construction », a commenté Mba-Wright.
Ce n’est pas une question de « soit l’un, soit l’autre »
L’étude a été financée en partie par Charm Industrial, une start-up basée à San Francisco qui a déjà conclu plusieurs accords de capture du carbone avec de grandes entreprises afin d’utiliser des puits vacants pour stocker de manière permanente des bio-huiles. Les entreprises recherchent de plus en plus des crédits de capture du carbone afin de respecter leurs engagements en matière de réduction des émissions, a déclaré Peter Reinhardt, PDG et cofondateur de Charm Industrial.
« Nous l’entendons sans cesse : après avoir examiné attentivement les différentes options, les principaux acheteurs de crédits de réduction des émissions de carbone constatent que le stockage des bio-huiles représente l’une des approches les plus efficaces et les plus rentables », a dit M. Reinhardt.
La firme Charm Industrial a contacté l’Iowa State University afin d’obtenir une évaluation indépendante et détaillée du potentiel du système.
« Bien qu’ils aient confiance en la technologie elle-même, ils cherchaient à valider la quantité de carbone pouvant être séquestrée et la rentabilité du processus », a-t-il déclaré. « De nombreuses étapes sont nécessaires pour que cela fonctionne à grande échelle. »
L’un des principaux enseignements à tirer est que le système se compare favorablement à la méthode dominante d’élimination du carbone atmosphérique, une technologie appelée « capture directe de l’air » qui extrait le dioxyde de carbone de l’air. Les systèmes de capture directe de l’air ont des coûts de réduction par tonne similaires, mais ils sont beaucoup plus coûteux à construire et présentent peu d’autres avantages.
« Ce que nous essayons de montrer ici, c’est que l’élimination du carbone ne doit pas être une question de choix entre l’un ou l’autre. Il existe de nombreuses possibilités », a observé Mba-Wright.
L’analyse technico-économique aidera les entreprises à réaliser des investissements fiables dans leurs portefeuilles zéro émission nette, et elle met en évidence une voie vers de nouvelles sources de revenus dans les zones rurales où la biomasse est collectée.
« Les experts de l’Iowa State University ont montré que la séquestration de bio-huile à partir de résidus de maïs peut fournir un produit de capture du carbone durable et de grande valeur qui surpasse les autres technologies, tout en offrant de nouveaux débouchés pour les résidus de cultures et en apportant une nouvelle valeur économique à l’économie rurale » a conclu M. Reinhardt.. « À mesure que le secteur de la capture du carbone se développe, Charm est reconnaissant de pouvoir travailler avec les communautés agricoles et forestières pour développer cette opportunité. »
Article : « Enhancing carbon removal via scalable on-site pyrolysis and well-plugging systems » – DOI : 10.1016/j.enconman.2025.119980
