Production de polyéthylène durable à partir de carbone issu de rejets gazeux industriels

Lanzatech, TotalEnergies et L’Oréal ont développé une solution permettant de réduire significativement l’empreinte carbone du polyéthylène (notamment utilisé dans la fabrication des emballages). Ce projet vise à étendre la production de polyéthylène à partir de ce procédé et de réduire d’autant la production de plastique d’origine fossile.

Leviers de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES)

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Sobriété énergétique et ressources

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Décarbonation de l’énergie

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Amélioration de l’efficacité énergétique

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Amélioration
de l’efficacité en ressources non énergétiques

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Absorption d’émissions

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Financement d’émetteurs bas-carbone ou désinvestissement d’actifs carbonés

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Réduction des autres gaz à effet de serre

Objectifs recherchés

Le projet vise à fournir aux utilisateurs de PE une solution « drop-in » parfaitement substituable (performances mécaniques, agréments alimentaires etc..) au PE classiquement obtenu sur base fossile tout en offrant une forte réduction de l’empreinte environnemental. Il vise à réduire l’empreinte carbone de la production de polyéthylène (PE) en substituant des matériaux plus vertueux au pétrole raffiné utilisé usuellement.

L’activité Polymères de TotalEnergies développe des solutions pour réduire l’empreinte carbone de ses produits, en particulier le polyéthylène (PE), notamment par l’utilisation de feedstocks alternatifs au pétrole. Dans cette optique TotalEnergies a travaillé avec L’Oréal et Lanzatech, acteurs de la chaîne de valeur, pour développer ce projet ambitieux. La première mondiale avec une démonstration de concept à l’échelle pilote de la production du 1er emballage durable à partir d’émissions de carbone captées et recyclées en a été le premier livrable majeur.

 

L’objectif du projet est la production industrielle de PE à partir d’éthanol obtenu via un procédé biotech basé sur la fermentation de rejets gazeux d’industrie par des microorganismes. Pour y parvenir, TotalEnergies utilise un procédé de déshydratation innovant qu’il a développé avec IFP-EN et Axens, pour transformer l’éthanol en éthylène, avant de le polymériser en PE présentant toutes les spécificités techniques de son équivalent fossile (parfaitement substituable, ie performances mécaniques, agréments alimentaires, identiques etc..). La production d’éthylène sur base fossile dans un naphtacracker est ainsi substituée la production d’éthylène à partir d’éthanol issu de carbone recyclé dans une unité de déshydratation. L’étape de production de polyéthylène reste inchangée quelle que soit l’origine de l’éthylène.

 

Cet objectif recouvre également la mise en place d’une chaine de valeur allant de l’éthanol issu de carbone recyclé jusqu’à la mise sur le marché du PE produit.

 

Il permettra ainsi de proposer une offre plastique aussi performante, plus durable que la voie fossile, tout en s’insérant dans une filière circulaire y compris jusqu’au recyclage du produit obtenu.

 

La réalisation dans un premier temps de la preuve de concept à échelle pilote a été un élément clef démontrant la faisabilité technologique de la déshydratation pour transformer cet éthanol en éthylène de qualité polymère.

 

Cette innovation ouvre ainsi la voie à la capture et au recyclage de carbone pour une utilisation matériaux (PE) évitant ainsi des rejets gazeux industriels et l’utilisation de ressources fossiles. De plus ce PE étant parfaitement recyclable en fin de vie via les schémas existants et établis, il s’inscrit dans une chaine de valeur circulaire complète.

Scope(s) d'émissions

sur le(s)quel(s) le projet a un impact significatif

  • Scope(s) d’émissions
  • Description et quantification des émissions de GES associées
  • Précisions sur le calcul

Scope 1

Émissions directes générées par l’activité de l’entreprise.

Scope 2

Émissions indirectes associées à la consommation d’électricité et de chaleur de l’entreprise.

Scope 3

Émissions induites (en amont ou en aval) par les activités, produits et/ou services de l’entreprise sur sa chaine de valeur.

Absorption d’émissions

Création de puits de carbone, (BECCS, CCU/S, …)

Émissions évitées

par les activités, produits et/ou services de l’entreprise ou par le financement de projet de réduction d’émissions.

Scopes 1 et 2 - Remplacement du processus de production classique d’éthylène par un processus reposant sur l’éthanol issu de carbone recyclé dans une unité de déshydratation

La production d’éthylène sur base fossile dans un naphtacracker est substituée la production d’éthylène à partir d’éthanol issu de carbone recyclé dans une unité de déshydration. L’étape de production de polyéthylène reste inchangée quelle que soit l’origine de l’éthylène.

  • CO2 savings : 0,44 tCO2/t d’éthylène produite (soit jusqu’à 44 ktCO2/an selon la taille du projet final)

Scopes 3 et Emissions évitées - Le Polyéthylène sur base éthanol issu de carbone recyclé présente une meilleure empreinte carbone (cradle to gate) que l’équivalent fossile qu’il vient substituer.

  • CO2 savings : 3,2 tCO2/t de polyéthylène (soit jusqu’à 320 ktCO2/an selon la taille du projet final)

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Les points clés

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Montant de l’investissement réalisé

> 100M€ (montant estimé sur base de l’étude concept)

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Date de démarrage du projet

2018

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Localisation

Belgique

Niveau de maturité

Test prototype en laboratoire (TRL 7)

Test en réel (TRL 7-8)

Prototype pré-commercial (TRL 9)

Mise en œuvre à petite échelle

Mise en œuvre à moyenne ou grande échelle

Rentabilité économique du projet

Court terme (0-3ans)

Moyen terme (4-10 ans)

Long terme (> 10 ans)

Images / Vidéos

Ce projet peut permettre de donner un débouché économique et circulaire à la production d’éthanol par voie biotech avec un bénéfice à deux niveaux : il permet de réduire les émissions carbone de certaines activités industrielles (approche CCU) et il permet à l’industrie polymère de ne plus utiliser le pétrole comme matière première pour la production de polymère. Grâce à ces perspectives, diverses industries pourraient ainsi se lancer dans des projets de production d’éthanol à partir de rejets gazeux et TotalEnergies utiliser cet éthanol en substitution des feedstocks classiques issus du raffinage du pétrole.

Le projet et son potentiel impact climat est reproductible tant que:

  • Le marché polymère pour ce type d’offre continue à se développer et être promu
  • Le développement des feedstocks éthanol produits sur base de rejets industriels se poursuit.

Ce projet rassemble trois partenaires :

  • LanzaTech capte les émissions industrielles de carbone et les convertit en éthanol grâce à un procédé biologique unique.
  • TotalEnergies utilise un procédé de déshydratation innovant développé avec IFP-EN Axens, pour transformer l’éthanol en éthylène, avant de le polymériser en polyéthylène présentant toutes les spécificités techniques de son équivalent fossile.
  • L’Oréal utilise le polyéthylène ainsi produit pour fabriquer des emballages aux propriétés en tout point équivalentes à celle d’un polyéthylène conventionnel.

Les trois partenaires ont la volonté de poursuivre leur collaboration dans la production de plastique durable à plus grande échelle tout en accueillant tous ceux également prêts à s’engager vers l’utilisation de ces nouveaux plastiques durables.

Les autres projets de TotalEnergies :