Le « véhicule électrique de la cimenterie » : la technologie bas carbone de l'avenir ?

Cette technologie bas carbone a pour ambition de devenir le « véhicule électrique de la cimenterie »

• La croissance de la population mondiale et l’urbanisation nécessiteront davantage de constructions dans les années et les décennies à venir. Et par conséquent, plus de ciment.
• À l’heure actuelle, l’industrie du béton et du ciment représente environ 7 % des émissions mondiales de CO2, et si aucune mesure n’est prise, ce nombre pourrait augmenter considérablement.
• La start-up américaine Sublime Systems « électrifie la production de ciment et renonce complètement au four », qui est la partie la plus énergivore et la plus gourmande en combustibles fossiles du processus de fabrication du ciment.

« La croissance démographique et l’urbanisation sont à l’origine de la construction de villes équivalentes à la taille de la ville de New York chaque mois », a noté Nollaig Forrest, directeur du développement durable chez Holcim, dans un rapport récent.

« Le ciment est un ingrédient clé du béton, qui est le matériau de construction le plus utilisé parce qu’il est local, abordable, polyvalent, recyclable, performant et résilient », ajoute-t-elle.

« Mais l’acheminement des matériaux nécessaires à la production de ciment et de béton exerce une pression accrue sur notre planète et ses ressources naturelles. »

Le béton et le ciment représentent environ 7 % des émissions mondiales de CO2, et si aucune mesure n’est prise, ce nombre pourrait augmenter considérablement, ce qui compromettrait les efforts de décarbonisation dans d’autres secteurs.

Le Forum économique mondial, en collaboration avec le Boston Consulting Group et la contribution de l’industrie de la Global Cement and Concrete Association (GCCA), a examiné la fabrication et l’utilisation du béton pour élaborer un cadre en sept parties qui aide à mettre à l’échelle la conception à faible émission de carbone et à réduire les émissions provenant de la production de ciment et de béton.

Il suggère d’actionner trois leviers clés pour réduire les émissions de béton dans les projets de construction jusqu’à 40 % d’ici 2030 :

1. La décarbonisation des processus de fabrication, y compris des tactiques telles que l’efficacité de la production et l’électricité renouvelable.

2. Spécifier des mélanges de ciment à faible teneur en carbone, qui utilisent des matériaux cimentaires supplémentaires pour réduire le volume de ciment dans la production, réduisant ainsi l’empreinte carbone du mélange.

3. Optimiser le volume de matériaux utilisés dans les projets en appliquant des techniques de conception qui réduisent les volumes globaux de matériaux requis et en équilibrant les compromis entre l’intensité carbone des produits cimentiers et les volumes requis.

Le Dr Leah Ellis représente l’une de ces solutions pour décarboner le processus de fabrication en changeant la façon dont le ciment est produit. En tant que cofondatrice et PDG de la start-up américaine Sublime Systems, Leah affirme qu’ils construisent le « véhicule électrique de la fabrication du ciment ».

« Nous remplaçons le four à combustibles fossiles par une approche chimique électrique », a-t-elle déclaré au Forum.

La méthode la plus courante pour produire du ciment aujourd’hui crée deux sources d’émissions de CO₂ : environ 40 % proviennent de la combustion de combustibles fossiles pour chauffer les fours à 1300-1450°C, et environ 60 % sont libérés lors de la décomposition thermique du calcaire en dioxyde de carbone et en chaux, un élément essentiel du clinker qui est l’ingrédient principal du ciment (environ 70%).

« Nous remplaçons un four à haute température, alimenté par la combustion et alimenté par des combustibles fossiles, par un procédé à température ambiante qui peut être plus efficace sur le plan thermodynamique et fabriquer le même ciment durci que nous utilisons depuis des millénaires », explique Leah.

« Et nous pouvons finalement le faire au même coût. »

De 100 tonnes par an à 100 tonnes par jour

Cette approche de la fabrication du ciment a fait ses preuves en laboratoire, et l’équipe se concentre désormais sur l’échelle du bâtiment. « Au cours des trois dernières années, nous sommes passés d’un gramme de ciment en laboratoire à 100 tonnes par an dans notre usine pilote. Mais ce n’est encore qu’une goutte d’eau dans l’océan », admet Leah.

"Nous devons passer de la capacité actuelle de notre usine pilote à une capacité à l’échelle de démonstration - il s’agit donc de l’usine minimale viable à l’échelle industrielle, qui est d’environ 100 tonnes par jour.

« Et à partir de là, nous devons passer à un million de tonnes par an si nous voulons être pertinents dans l’industrie, produire des volumes pertinents et être compétitifs sur le plan des coûts. »

Mais elle reste optimiste quant à la possibilité que l’industrie passe de normes basées sur la chimie à des normes basées sur la performance. « Cela signifie que vous définissez le ciment non seulement par sa chimie, mais aussi par ses propriétés », dit-elle.

« Alors, ce ciment réagit-il avec l’eau dans les mêmes proportions ? Est-ce qu’il durcit et forme un gel dans le même laps de temps ? A-t-il la même résistance et la même durabilité mesurées par des tests spécifiques ?

Pourquoi est-ce important ? « Parce que définir le ciment par ses performances et non par sa chimie permet de résoudre le vrai problème : avoir un matériau de construction performant et bas carbone. »

Vers un « vrai » zéro carbone

Pour Leah, le développement de la technologie derrière la production durable de ciment est né d’une passion pour la chimie et du désir de minimiser son impact environnemental.

« Je n’étais pas une experte en ciment lorsque j’ai lancé Sublime Systems », dit-elle. « J’étais un expert en batteries et j’ai dû apprendre le ciment à partir de Wikipédia, de manuels scolaires, puis d’articles de journaux et en approfondissant de plus en plus le sujet. »

Aujourd’hui, leur ciment vise à atteindre le « vrai » zéro carbone – plutôt que simplement le « zéro net » – en remplaçant le four à combustibles fossiles par un processus électrochimique et en évitant les émissions de CO₂ en premier lieu. « Nous sommes en train de créer une technologie pour un monde post-carbone.

« Cette technologie n’est pas réservée à aujourd’hui d’ici 2050, lorsque nous atteindrons la carboneutralité. C’est une technologie qui sera pertinente dans 100 ans, voire dans un millénaire.

Et Leah croit que son parcours est porteur d’une leçon pour tout le monde : « Les bonnes idées peuvent venir de n’importe où. J’encouragerais les gens à sortir des sentiers battus et à essayer de résoudre des problèmes, même s’ils ne sont pas des experts.

Consultez notre outil de suivi de l’industrie de la carboneutralité pour suivre les principales priorités de l’industrie du ciment et suivre les progrès réalisés dans d’autres secteurs.

Auteur :

Pooja Chhabria - Digital Editor, World Economic Forum