Comment optimiser les OPEX (consommation électrique) d’une unité de capture de CO2 : stockage, effacement, quelles pertinences ?

(Encadrant : Younès RIFAD (HOLCIM/Lafarge))

Descriptif :

L’industrie cimentière est un secteur clé pour la transition écologique. Pour atteindre ses objectifs de neutralité carbone , le groupe Holcim/Lafarge déploie des technologies de captage, d'utilisation et de stockage du carbone (CCUS). Dans le cadre de ce projet, l'unité de captage de CO2 étudiée fonctionnera essentiellement via des technologies de PSA (Pressure Swing Adsorption) et de cryogénie.

Contrairement aux procédés chimiques traditionnels (amines) qui consomment beaucoup de chaleur, les technologies PSA et cryogéniques sont des procédés électro-intensifs. Ils reposent sur des compresseurs lourds et des systèmes de refroidissement très gourmands en électricité. Dans un contexte de forte volatilité des prix de l'électricité et de tension sur les réseaux européens, la facture électrique représente l'essentiel des coûts d'exploitation (OPEX) du captage.

Ce projet vise à étudier la flexibilité énergétique de ces futures installations. Il s'agira d'évaluer la pertinence technico-économique de deux grands leviers :

1. L'effacement électrique : interrompre ou moduler la consommation électrique des compresseurs en fonction des signaux du réseau (heures de pointe, prix de marché élevés).

2. Le stockage : intégrer des solutions de stockage (électrique, froid, ou stockage intermédiaire de gaz) pour compenser les périodes d'effacement sans arrêter totalement la production globale.

Attendus :

Les élèves devront mobiliser leurs connaissances en thermodynamique, en systèmes énergétiques et en analyse économique pour fournir les éléments suivants :

• État de l'art : Synthèse sur le fonctionnement et la consommation électrique des technologies de capture par PSA et cryogénie, ainsi que sur les mécanismes de valorisation de l'effacement industriel en France.

• Modélisation technico-économique (Excel, Python out tout autre outil pertinent) : Il s'agira de simuler les flux financiers d'un fonctionnement flexible. Le cœur de l'analyse consistera à mettre en balance :

  • Les bénéfices : Recettes liées à l'effacement (rémunération par le réseau électrique) et/ou économies réalisées en ne consommant pas lors des pics de prix de l'électricité.

  • Les coûts (VS) : Le coût contractuel de non-délivrance du CO2 (pénalités financières vis-à-vis du client ou du gestionnaire de l'infrastructure de stockage/transport) ET le prix supplémentaire des quotas d'émission de CO2 (EU ETS) qu'il faudra payer pour les volumes non captés et relâchés dans l'atmosphère pendant l'effacement.

• Livrables : Un rapport de synthèse formulant des recommandations industrielles claires (à partir de quel prix de l'électricité l'effacement devient-il rentable face au prix du quota CO2 ?), accompagné d'une soutenance.

Références non exhaustives

Sur la technologie de capture de CO2 en PSA + cryogénie et sur le CCUS

https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=4284525

[https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5027835]

[https://www.iea.org/reports/ccus-in-clean-energy-transitions]

Sur les mécanismes de flexibilité

[https://www.services-rte.com/fr/decouvrez-nos-offres-de-services/valorisez-vos-flexibilites.html]

Sur la régulation CO2

[https://climate.ec.europa.eu/areas-action/carbon-markets/eu-emissions-trading-system-eu-ets_en]

Contact :

Encadrant industriel : Younès RIFAD (HOLCIM / Lafarge )

Email : younes.rifad@lafarge.com

Disponibilité : Suivi régulier avec les étudiants (réunions de cadrage, points d'étape bi-mensuels, validation des hypothèses).