Face à l'explosion des émissions de dioxyde de carbone (CO2), l'industrie émergente du captage et de l'utilisation du carbone (CCU) propose une solution à ces deux problèmes : la création de polymères biodégradables à faible teneur en carbone à partir des émissions de CO2. Le récent rapport d'IDTechEx, intitulé « Utilisation du dioxyde de carbone (CO2) 2022-2042 : Technologies, prévisions de marché et acteurs », analyse les opportunités et les défis liés à la mise en place de ce modèle d'économie circulaire du carbone.

Comment fabriquer des polymères à partir de CO₂₂?

Il existe au moins trois voies principales de conversion du CO2_en polymères : l’électrochimie, la conversion biologique et la thermocatalyse. Cette dernière est la technologie d’utilisation du CO2 la plus aboutie_. Le CO2_peut être utilisé directement pour produire des polymères à base de CO2_,principalement des polycarbonates à chaîne linéaire (PCL) biodégradables, ou indirectement, par la production de précurseurs chimiques (éléments constitutifs tels que le méthanol, l’éthanol, les dérivés d’acrylate ou le monoéthylène glycol [MEG]) pour les réactions de polymérisation.

Parmi les polymères à faible teneur en carbone (LCP) fabriqués à partir de CO₂_figurent le carbonate de polypropylène (PPC), le carbonate de polyéthylène (PEC) et les polyuréthanes (PUR). Le PUR représente l'un des principaux débouchés pour les polymères à base de CO₂_,avec des applications dans l'électronique, les films de rembourrage, les mousses et les secteurs biomédical et de la santé. Le CO₂_peut constituer jusqu'à 50 % (en poids) d'un polyol, l'un des principaux composants du PUR. Les polyols dérivés du CO₂ (alcools possédant au moins deux groupes hydroxyle réactifs par molécule) sont fabriqués en combinant le CO₂_avec des éthers cycliques (molécules cycliques contenant de l'oxygène, appelées époxydes). Le polyol est ensuite combiné à un isocyanate pour fabriquer le PUR.

Des entreprises comme Econic, Covestro et Aramco Performance Materials (qui a acquis la propriété intellectuelle de Novomer) ont mis au point de nouveaux catalyseurs pour faciliter la fabrication de polyols à partir de CO₂_.Ce procédé thermochimique nécessite toujours des combustibles fossiles, mais les fabricants peuvent en remplacer une partie par du CO₂ issu de déchets_, ce qui permet de réaliser des économies potentielles sur les coûts des matières premières.

Dans le domaine des technologies émergentes, les précurseurs chimiques des polymères à base de CO₂_peuvent être obtenus par électrochimie ou synthèse microbienne. Si la conversion électrochimique du CO₂_en produits chimiques est encore à un stade de développement précoce, les voies biologiques sont plus matures et ont atteint les premières phases de commercialisation. Les progrès récents en génie génétique et en optimisation des procédés ont permis l'utilisation de micro-organismes chimioautotrophes dans des voies de biologie synthétique pour convertir le CO₂_en produits chimiques, en carburants et même en protéines.

Contrairement à la synthèse thermochimique, ces voies biologiques utilisent généralement des conditions proches de la température et de la pression ambiantes, ce qui permet de réduire potentiellement la consommation d'énergie et les coûts à grande échelle. En particulier, la société californienne Newlight développe une voie biologique directe pour la synthèse de polymères : son micro-organisme transforme le CO₂_, l'air et le méthane capturés en polyhydroxybutyrate (PHB), un polymère biodégradable par voie enzymatique.

Actuellement, la production de polymères à base de CO2_reste inférieure à celle de l'industrie pétrochimique traditionnelle, mais des exemples commerciaux concluants existent déjà. Parmi les volumes disponibles les plus importants figurent les polycarbonates aromatiques (PC) fabriqués à partir de CO2_,développés par Asahi Kasei à Taïwan depuis 2012. Plus récemment, la société américaine LanzaTech a noué des partenariats fructueux avec de grandes marques telles qu'Unilever, L'Oréal, On, Danone, Zara et Lululelon. Ces partenariats permettent l'utilisation de micro-organismes qui transforment les émissions de carbone issues des procédés industriels en précurseurs de polymères – éthanol et MEG – pour la fabrication d'emballages, de chaussures et de textiles.

Les questions demeurent

Bien que l'idée de réutiliser les déchets de gaz à effet de serre comme matière première semble avantageuse pour tous, de nombreuses questions de faisabilité se posent pour chaque voie de valorisation du CO2_.Permettra-t-elle réellement de réduire les émissions ? Quels sont les obstacles financiers et pratiques à sa commercialisation ? Peut-elle être mise à l'échelle pour lutter efficacement contre le changement climatique ? Ce sont quelques-unes des questions complexes auxquelles IDTechEx s'attaque dans son dernier rapport, « Utilisation du dioxyde de carbone (CO2₎l'utilisation_{du CO2} dans les secteurs des polymères et de la chimie, mais aussi sur la récupération assistée du pétrole, les matériaux de construction, les carburants et l'augmentation des rendements biologiques.

Bien que l'idée de réutiliser les déchets de gaz à effet de serre comme matière première semble avantageuse pour tous, de nombreuses questions de faisabilité se posent pour chaque voie de valorisation du CO2_.Permettra-t-elle réellement de réduire les émissions ? Quels sont les obstacles financiers et pratiques à sa commercialisation ? Peut-elle être mise à l'échelle pour lutter efficacement contre le changement climatique ? Ce sont quelques-unes des questions complexes auxquelles IDTechEx s'attaque dans son dernier rapport, « Utilisation du dioxyde de carbone (CO2₎l'utilisation_{du CO2} dans les secteurs des polymères et de la chimie, mais aussi sur la récupération assistée du pétrole, les matériaux de construction, les carburants et l'augmentation des rendements biologiques.

Le résultat final

Toutes les utilisations du CO2 ne_contribuent de la même manière à la réalisation des objectifs climatiques, et toutes ne seront pas économiquement viables à grande échelle. Les ressources rares ayant des usages alternatifs devraient être allouées là où elles sont le plus susceptibles de générer de la valeur économique et d'atténuer le changement climatique. Face à une demande mondiale de plastique toujours plus forte, une économie circulaire du carbone peut contribuer à préserver les modes de vie en favorisant une industrie pétrochimique qui considère le CO2 résiduel_comme une matière première viable.