DemoUpCARMA – Demonstration und Upscaling von Kohlenstoffdioxid-Management-Lösungen für Netto-Null-Schweiz

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502303

Short description (German)

Kern von DemoUpCARMA sind Demonstration und Hochskalierung von Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung als Beitrag zum Erreichen der Schweizer CO2-Emissionsziele. Das Projekt wird die technische Machbarkeit der Verwendung und permanenten Speicherung von CO2 – abgeschieden an einer Schweizer Biogasaufbereitungsanlage – auf zwei Wegen demonstrieren: (1) CO2-Nutzung und -Speicherung in Beton in der Schweiz mittels einer neuen Karbonisierungstechnologie; (2) CO2-Transport und dauerhafte geologische Speicherung im Ausland unter Verwendung einer neuen Injektionstechnik. DemoUpCARMA wird auch untersuchen, wie die beiden oben beschriebenen Wege zu einem CO2-Netzwerk, das Schweizer CO2-Quellen mit potenziellen CO2-Speicherorten verbindet, ausgebaut werden können – unter Berücksichtigung von ökonomischen und ökologischen Aspekten. Ferner werden politische, rechtliche, und Akzeptanzaspekte untersucht, um die Machbarkeit der CO2-Abscheidung und -speicherung sicherzustellen.

Short description (English)

DemoUpCARMA focuses on the demonstration and upscaling of carbon capture, utilisation and storage technologies as one of the solutions needed to achieve the Swiss climate goals by 2050. The project will demonstrate the technical feasibility of using and storing CO2 captured at a Swiss industrial site via two pathways: (1) CO2 utilization and storage in concrete in Switzerland via a novel mineral carbonation technology; (2) CO2 transport and permanent storage in a geological reservoir abroad using a novel injection technique. DemoUpCARMA will assess the potential of upscaling these two pathways and of creating a CO2 network connecting Swiss CO2 industrial sources to CO2 storage sites, and its optimal design considering techno-economic, environmental, and reliability aspects on the midand long-term time horizons. Finally, the project will address policy, regulatory and acceptance challenges to ensure the overall feasibility of carbon capture and storage solutions.

Short description (French)

Le cœur de DemoUpCARMA est la démonstration et la mise à l'échelle des technologies de capture et de stockage du carbone afin de contribuer à la réalisation des objectifs suisses en matière d'émissions de CO2. Le projet démontrera la faisabilité technique de l'utilisation et du stockage permanent du CO2 - capté dans une usine suisse de traitement du biogaz - par deux moyens : (1) l'utilisation et le stockage du CO2 dans le béton en Suisse au moyen d'une nouvelle technologie de carbonisation ; (2) le transport du CO2 et le stockage géologique permanent à l'étranger en utilisant une nouvelle technique d'injection. DemoUpCARMA examinera également comment les deux voies décrites ci-dessus peuvent être développées en un réseau de CO2 reliant les sources de CO2 suisses aux sites de stockage de CO2 potentiels - en tenant compte des aspects économiques et écologiques. En outre, les aspects politiques, juridiques et d'acceptation seront étudiés afin d'assurer la faisabilité du captage et du stockage du CO2.

Publications / Results (German)

>>> Berichte zu den Arbeitspaketen siehe Abschnitt auf Englisch <<<

Arbeitspaket 2 - CO2-Speicherung in Beton:
Dieses Arbeitspaket zielt darauf ab, ein Ökosystem für die Mineralkarbonisierung zu demonstrieren, das es ermöglicht, (1) CO2 sowohl in Primär- als auch in Recyclingbeton dauerhaft zu speichern und (2) den Energiebedarf und die Treibhausgasemissionen von Beton unter Berücksichtigung der gesamten Wertschöpfungskette zu reduzieren.
Dieses Arbeitspaket baut auf den Erkenntnissen des RECARB-Projekts auf, in dem nur ein Teil des hier vorgeschlagenen Systems sieben Tage lang in großem Maßstab demonstriert wurde, nämlich die mineralische Karbonatisierung von rezyklierten Betonzuschlagstoffen (RCA) mit einer Korngröße von bis zu 16 mm. Darüber hinaus hat eine experimentelle Materialstudie gezeigt, dass die Karbonatisierung das Potenzial hat, die Materialeigenschaften von RCA so zu verändern, dass der Zementgehalt in Betonmischungen auf das vorgeschriebene Minimum reduziert werden kann, was zu einer Verringerung des Primärenergieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen von Beton führt. Um die Verbreitung dieses Know-hows zu erleichtern und die Schweizer Industrie in die Lage zu versetzen, ihre Herstellungspraktiken anzupassen, ist ein umfassenderer Ansatz erforderlich.
Im Folgenden werden einige vorläufige Ergebnisse aufgeführt:
- Im Betonproduktions- und -recyclingwerk Kästli wurden zwei großtechnische, voll integrierte Technologien zur Mineralkarbonisierung in Betrieb genommen.
- Der Betrieb ergab, dass 13 kg CO2 pro Tonne RCA im industriellen Maßstab gebunden wurden, was mit den Laborversuchen übereinstimmt und einer Steigerung von 60 % gegenüber den RECARB-Ergebnissen entspricht.
- Betonabwässer zeigten eine CO2-Aufnahme von etwa 25 kg CO2 pro Kubikmeter Schlamm.
- Materialtests zeigen, dass die Karbonatisierung des Betonabwassers die Verarbeitbarkeit des Betons weniger stark beeinträchtigt.
- Der Wassergehalt des RCA hat einen signifikanten Einfluss auf die CO2-Aufnahmerate. Die höchste CO2-Aufnahme wurde bei einer Wasseraufnahme von 30% gemessen.
- Die Karbonatisierung führt zu entkalktem C-S-H, der potenziell reaktiv ist und an der Zementhydratation teilnehmen kann, wenn er als Zuschlagstoff in einem neuen Beton verwendet wird.
- Es wurde ein Excel-basierter Rahmen entwickelt, der die Entwicklung und den Vergleich verschiedener CCUS-Wertschöpfungsketten zur Speicherung von CO2 in Abbruchbeton ermöglicht.
- Alle Szenarien haben eine positive Auswirkung auf das Klima, d.h. sie vermeiden und beseitigen mehr Emissionen als sie erzeugen. Die derzeit industriell relevanten Szenarien weisen Wirkungsgrade von über 90% auf.
Mit dem Fortschreiten des Projekts werden weitere Ergebnisse gesammelt, die im Abschlussbericht veröffentlicht werden. 

Arbeitspaket 3 - CO2-Transport und -Speicherung in Island:
Ziel dieses Arbeitspaketes ist es, die technische Machbarkeit der gesamten Supply-Chain mit (i) Verflüssigung des CO2 bei einem Schweizer Industrieemittenten, (ii) grenzüberschreitendem CO2-Transport und (iii) Speicherung des CO2 in einem geologischen Reservoir im Ausland zu demonstrieren. Bei dem industriellen Emittenten handelt es sich um die Abwasserreinigungsanlage der Ara Region Bern, die hochreines biogenes CO2 bereitstellt, das bei der Aufbereitung des im Prozess anfallenden Biogases entsteht. Neustark und Ara Region Bern betreiben eine beim Emittenten installierte Verflüssigungsanlage und stellen die Verladung des CO2 in spezielle Iso-Container für den Transport sicher. Salzmann AG Transporte, SBB Cargo und ChemOil sind verantwortlich für den Transport der CO2-Iso-Container vom Standort des Emittenten nach Rotterdam und zurück. Die Iso-Container werden per Lastwagen zum Bahnhof Weil-am-Rhein und von dort per Bahn zum Hafen Rotterdam transportiert. Der Transport vom Rotterdamer Hafen nach Reykjavik wird von einem Dienstleister (Samskip) durchgeführt und von Carbfix organisiert. Das transportierte CO2 wird anschliessend in Wasser gelöst und zur permanenten Speicherung in eine basaltische Gesteinsformation injiziert. Carbfix ist verantwortlich für (i) die technische und geologische Charakterisierung des Standorts der Injektion (d. h. Feldcharakterisierung, Entwurf und Einrichtung des Injektionssystems, Probenahme und Charakterisierung der Lagerstättenflüssigkeit), (ii) den Bau des Injektionssystems und (iii) die Felddemonstration (d. h. CO2-Injektion, chemische Überwachung, Überwachung des CO2-Flusses).
Die Pilotinjektion wird die erste Injektion von in Meerwasser gelöstem CO2 sein und an der neuen, von Carbfix gebauten und betriebenen Injektionsstelle durchgeführt werden. Nach der Durchführung wird die CO2-Supply-Chain anhand festgelegter Leistungskennzahlen (Key Performance Indicators, KPIs) in Bezug auf technische, betriebliche, wirtschaftliche und ökologische Aspekte bewertet. Diese Arbeit wird (i) als Vorlage dienen für CO2-Supply-Chains, die in Zukunft entwickelt werden, (ii) die Machbarkeit von CO2-Supply-Chains beweisen und (iii) eine frühzeitige Identifizierung von technisch-ökonomischen, regulatorischen und ökologischen Herausforderungen ermöglichen, die vor dem Scale-up und der weiteren Entwicklung von CO2-Supply-Chains adressiert werden sollten.

Arbeitspaket 4 - Technoökonomische Analyse und Scale-up:
Das Ziel dieses Arbeitspakets ist es, das Upscaling-Potenzial von CO2 Capture-, Utilization- und Storage-Ketten (CCUS) und von CO2 Capture-, Transport- und Storage-Ketten (CCTS) in naher Zukunft, sowie langfristig das Potenzial eines CO2-Netzwerks, das Schweizer Emissionsstandorte mit nationalen und internationalen Speicherstandorten verbindet, zu bewerten. Im Folgenden werden CO2-Versorgungsketten, die CO2-Capture und den Transport ins Ausland zur geologischen Speicherung beinhalten, als CCTS bezeichnet. CO2-Versorgungsketten, die CO2-Capture und -Utilization sowie die dauerhafte Speicherung in Beton durch Mineralisierung verfolgen, werden als CCUS bezeichnet.
Zunächst konzentrieren wir uns auf die Analyse einiger Schweizer Emittenten aus den Bereichen Abfallverbrennung, Zement und Biogas (z.B. KVA Linth, ERZ-Werk in Hagenholz, Jura-Zementwerk in Wildegg), die CCUS und CCTS in naher Zukunft, d.h. bis ca. 2030, als Lösung zur Emissionsvermeidung einsetzen könnten. In dieser Arbeit wird die gesamte CO2-Versorgungskette mit CO2-Capture und -Verflüssigung am Standort des Emittenten, Transport und Lagerung in Beton (inländische Lösung) oder in einem geologischen Reservoir im Ausland betrachtet. Aufgrund des kurzfristigen Zeithorizonts wird davon ausgegangen, dass diese Versorgungsketten hauptsächlich CO2-Transport auf dem Landweg per LKW und Bahn nutzen werden.
In einem nächsten Schritt werden die Entwicklung und die optimale Integration eines CO2-Netzes, das mit einer europaweit gemeinsam genutzten Infrastruktur verbunden ist, als langfristige Lösung zur Emissionsvermeidung untersucht. Die Analyse wird auf andere Sektoren ausgeweitet, z.B. auf die Chemie-, Pharma- und Biowissenschaftssektoren. Ein solches Netzwerk wird Schweizer CO2-Punktquellen bedienen und Direct Air Capture (DAC)-Einheiten umfassen, deren optimale Lage in Bezug auf operative CO2-Speicherzentren im Ausland untersucht wird. Schliesslich wird die optimale Integration von Post-Combustion-CO2-Capture in KVA- und Zementanlagen am Beispiel des Zementwerks Jura in Wildegg (Aargau) und der KVA-Anlage von ERZ in Hagenholz (Zürich) evaluiert, und es werden Leitlinien zur Verallgemeinerung der Ergebnisse dieser Analyse auf andere Schweizer Emittenten aus diesen Sektoren bereitgestellt.

Arbeitspaket 5 - Politik, Regulierung und öffentliche Akzeptanz:
Work Package 5 von DemoUpCARMA widmet sich politischen, regulatorischen, finanziellen Fragestellungen sowie Fragen der öffentlichen Akzeptanz im Kontext von CCUS- und CCTSWertschöpfungsketten und identifiziert potenzielle Lücken für ihre Umsetzung und Skalierung. Vor diesem Hintergrund umfasst dieses Work Package daher unter anderem eine Analyse der Klimafinanzierungsinstrumente auf nationaler und internationaler Ebene, eine Untersuchung effektiver politischer Konzepte zur Überwindung von Finanzierungs- und potenziellen Akzeptanzproblemen, eine Analyse der Stakeholder und Vorschläge für eine angemessene Kommunikation sowie eine Bewertung technischer und organisatorischer Fragestellungen im Zusammenhang mit dem Ausbau der erforderlichen Infrastruktur. Da das Projekt und die meisten Aufgaben-Pakete von Work Package 5 bis September 2023 laufen, werden hier vor allem ausgewählte und vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen zusammengefasst. Die Schweiz hat CCS in ihrer langfristigen Klima Strategie zur Erreichung von Netto-Null-Emissionen bis 2050 eine bedeutende Rolle zugewiesen hat, doch die CCUS- und CCTS-Wertschöpfungsketten haben vor allem aufgrund ihrer hohen Kosten derzeit keinen positiven Business Case. Um wirtschaftlich tragfähig zu werden, ist es zu erwarten, dass diese Technologien voraussichtlich weitere wirtschaftliche Anreize benötigen. Um diese Möglichkeiten auszuloten, wurde im Rahmen von Work Package 5 eine Analyse aktueller und potenzieller künftiger Klimafinanzierungsinstrumente auf nationaler und internationaler Ebene in der Schweiz und in anderen Ländern durchgeführt. Es wurden mehrere Optionen zur Unterstützung von CCS-Aktivitäten in der Schweiz und darüber hinaus identifiziert. Während die Arbeit an diesen Fragestellungen fortgesetzt wird, stehen bereits jetzt erste konkrete Ergebnisse für Stakeholder zur Verfügung, auf deren Basis erste Massnahmen zur Unterstützung des CCS-Ausbaus in der Schweiz getroffen werden können. Um diese Ergebnisse den richtigen Stakeholdern präsentieren zu können, wurde im Rahmen des Workpackages ebenfalls eine Analyse der Stakeholder-Landschaft durchgeführt; hierbei wurden entlang der CCTS/CCUS-Wertschöpfungsketten eine Reihe an relevanten Stakeholdern aus Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Zivilgesellschaft sowie der Öffentlichkeit identifiziert. Da neben konkreten Personen auch die Öffentlichkeit eine Rolle für den Ausbau von CCUS- und CCTS spielen wird, arbeiten Partner:innen im Work Package 5 durch Interviews, Fokus-Gruppen und Fragebögen ebenfalls daran, das aktuelle Verständnis von CCS und die öffentliche Meinung zu erfassen, sowie auf dieser Basis Empfehlungen zur öffentlichen Kommunikation zu formulieren. Ein kritischer Aspekt für den erfolgreichen Ausbau von CCS in der Schweiz ist die damit verbundene CO2-Pipeline-Infrastruktur. Hier wurden unter anderem organisatorische und finanzielle Modelle für ein solches Netzwerk betrachtet und ein umfassender Überblick über mögliche Modelle erstellt. Insgesamt scheinen regulierte Geschäftsmodelle mit einer zentralen Instanz den am besten geeigneten Finanzierungsansatz für ein Schweizer CO2-Pipelinenetz zu bieten, da sie  niedrige Finanzierungskosten, Anreize für einen effizienten Betrieb und die Flexibilität bieten, sich mit der Entstehung des Netzes und mit Änderungen des regulatorischen Umfelds im Laufe der Zeit mitzuentwickeln. Da es sich bei den Demonstrationsprojekten im Rahmen von DemoUpCARMA um neuartige Pilotprojekte handelt und sich das Verständnis von CCUS- und CCTS-Wertschöpfungsketten und ihrer politischen, regulatorischen, finanziellen Aspekte insgesamt noch in den Anfängen bewegt, wurde eine Reihe qualitativer und explorativer Methoden angewandt, um sich den Fragestellungen zu nähern; so wurde beispielweise eine Bestandsaufnahme bestehender nationaler und internationaler Best Practices zur Finanzierung durchgeführt, sowie Workshops und Interviews mit relevanten Schlüsselakteuren (wie nationalen Behörden, Industriepartnern, Fachexperten, der Öffentlichkeit, Verbänden und Unternehmen aus vergleichbaren Branchen usw.) geführt.

Publications / Results (English)

>>> Reports on work packages see at the bottom <<<

Work Package 2 - CO2 Storage in Concrete:
This work package aims at demonstrating a mineral carbonation ecosystem, which allows to (1) store CO2 permanently in both primary and recycling concrete, and (2) reduce the energy demand and greenhouse gas (GHG) emissions of concrete considering the entire value chain. This WP builds on the learnings acquired in the RECARB project, where only a part of the full system proposed here was demonstrated for seven days at scale, i.e., the mineral carbonation of recycled concrete aggregate (RCA) with particles size up to 16 mm. Beyond that, an experimental proof of concept material study revealed that carbonation has the potential to alter the material properties of RCA in such a way that cement contents in concrete mix designs can be reduced to the regulatory minimum – yielding a reduction in primary energy consumption and GHG emissions of concrete. To facilitate the dissemination of this knowhow and enable the Swiss industry do adapt their manufacturing practices, a more comprehensive approach is necessary.
In the following, a few preliminary results are listed:
- Two industrial-scale, fully integrated mineral carbonation technologies have been commissioned at the Kästli concrete production and recycling plant.
- The operation of such technologies shows that 13 kg of CO2 per tonne of RCA have been sequestered at industrial scale, which is in line with laboratory-scale experiments and corresponds to an increase of 60% in storage capacity compared to the RECARB project results.
- Concrete mixing water showed a CO2 uptake of about 25 kg CO2 per cubic meter of slurry.
- Material tests show that carbonating the concrete mixing water causes a less pronounced effect on the workability of concrete.
- The water content of the RCA has a significant effect on the CO2 uptake rate. The highest CO2 uptake was measured at a water absorption of 30%.
- Carbonation results in the decalcified C-S-H, which is potentially reactive and can participate in cement hydration when used as aggregate in new concrete.
- An excel based framework has been developed, which allows the development and comparison of various CCUS value chains storing CO2 in demolition concrete.
- In all scenarios, the CCUS value chains exhibit a positive impact on the climate, i.e., they avoid and remove more emissions than they generate. The scenarios which currently have industrial relevance show efficiencies exceeding 90%.
As the project progresses, more results will be collected, which will be shared in the final report.

Work Package 3 - CO2 Transport & Storage in Iceland:
The overall purpose of this WP is to demonstrate the technical feasibility of the full supply chain with (i) CO2 liquefaction at a Swiss industrial emitter, (ii) international cross-border CO2 transport, and (iii) CO2 geological storage abroad. The industrial emitter is the Ara Region Bern wastewater treatment plant, which provides a high purity biogenic CO2 feedstock resulting from the upgrading of the biogas produced at their plant. Neustark and Ara Region Bern manage and operate the liquefaction unit installed at the emitter’s facilities and take care of loading the CO2 onto dedicated iso-containers for transport. Salzmann AG Transporte, SBB Cargo and ChemOil operate the transport of the CO2 iso-containers from the emitter’s site to Rotterdam and back. The iso-containers are transported by truck to the Weil-am-Rhein train station, and from there by rail to the port of Rotterdam. Sea freight from the port of Rotterdam to Reykjavik is operated by a service provider (Samskip) and is managed by Carbfix. The transported CO2 is then dissolved in water and injected for permanent mineral storage in a basaltic rock formation, that serves as permanent storage reservoir. Carbfix is in charge (i) of the technical and geological characterization of the demonstration site (i.e., field characterization, injection system design and set-up, reservoir fluid sampling and characterization), (ii) of the construction of the injection system, and (iii) of the field demonstration (i.e., CO2 injection, chemical monitoring, CO2 flux monitoring).
This pilot injection will be the first injection of seawater-dissolved CO2 and will be carried out at the new injection site built and operated by Carbfix. Upon its implementation, the performance of the CO2 supply chain will be assessed based on defined key-performance indicators (KPIs) relative to technical, operational, economic, and environmental aspects. This work (i) will provide a blueprint design for CO2 supply chains that will be developed in the future, (ii) will prove the feasibility of such chains, and (iii) will allow an early identification of techno-economic, regulatory, and environmental gaps that should be addressed prior to scale-up and further development of CO2 value chains.

Work Package 4 - Technoeconomic Analysis & Scale-up:
The overall purpose of this WP is to assess the upscaling potential of carbon capture, utilization, and storage (CCUS) and carbon capture, transport and storage (CCTS) chains in the near term, as well as that of a CO2 network connecting Swiss emission sites to national and international storage sites in the long term. In the following, CO2 supply chains that involve CO2 capture and transport abroad for geological storage are referred to as CCTS, while CO2 supply chains that involve CO2 capture and usage and permanent storage in concrete via mineralization are referred to as CCUS. First, we will focus on the analysis of few Swiss point-source emitters from the waste-to-energy (WtE), cement and biogas sectors (e.g., KVA Linth, ERZ plant in Hagenholz, Jura cement plant in Wildegg) that may deploy CCUS and CCTS as an emission mitigation solution in the near-term, e.g., until about 2030. This work will consider the overall CO2 supply chain with CO2 capture and liquefaction at the emitter’s site, transport, and storage in concrete (domestic solution) or in a geological reservoir abroad. Because of the near-time horizon, it is expected that these supply chains will mostly rely on CO2 transport on land by truck and train.
In a next step, the development and optimal integrated design of a CO2 network interconnected to a pan-European shared infrastructure will be investigated as a long-term emissions mitigation solution. The analysis will be extended to other sectors, i.e., chemical, pharma, and life sciences sectors. Such a network will serve the Swiss point-source emitters and will include Direct Air Capture (DAC) units, whose optimal location with respect to operational CO2 storage hubs abroad will be investigated. Finally, the optimal integration of post-combustion CO2 capture with WtE and cement plants will be evaluated with reference to the Jura Cement plant in Wildegg (Aargau) and the ERZ WtE plant in Hagenholz, Zurich, and guidelines will be provided to generalize the outcomes of this analysis to other Swiss emitters from these sectors. 

Work Package 5 - Policy, Regulation & Public Acceptance:
Work Package 5 of DemoUpCARMA addresses policy, regulatory, financial, and public acceptance issues in the context of CCUS and CCTS value chains and identifies potential gaps for their implementation and scaling. With this in mind, this Work Package therefore includes, among other things, an analysis of climate finance instruments at the national and international levels, an examination of effective policy approaches to overcome financing and potential uptake issues, a stakeholder analysis and suggestions for appropriate communication, and an assessment of technical and organizational issues related to the development of the necessary infrastructure. Since the project and most of the task packages of Work Package 5 will run until September 2023, selected and preliminary results and conclusions are mainly summarized here. Switzerland has assigned a significant role to CCS in its long-term climate strategy to achieve net-zero emissions by 2050, but CCUS and CCTS value chains do not currently have a positive business case, mainly due to their high costs. To become economically viable, it is expected that these technologies will likely require further economic incentives. To explore these options, an analysis of current and potential future climate finance instruments at the national and international levels in Switzerland and other countries was conducted as part of Work Package 5. Several options for supporting CCS activities in Switzerland and beyond were identified. While work on these issues continues, the first concrete results are already available to stakeholders, on the basis of which initial measures can be taken to support CCS deployment in Switzerland. In order to be able to present these results to the right stakeholders, an analysis of the stakeholder landscape was also carried out as part of the work package, yielding a number of relevant stakeholders from science, business, politics and civil society as well as the public along the CCTS/CCUS value chains. Since, in addition to specific individuals, the public will also play a role in the expansion of CCUS and CCTS, partners in Work Package 5 are also working to assess current understanding of CCS and public opinion through interviews, focus groups, and questionnaires, as well as to formulate recommendations for public communication on this basis. A critical aspect for the successful expansion of CCS in Switzerland is the associated CO2 pipeline infrastructure. Here, among others, organizational and financial models for such a network have been considered and a comprehensive overview of possible models has been provided. Overall, regulated business models with a central operator seem to offer the most suitable financing approach for a Swiss CO2 pipeline network, as they offer low financing costs, incentives for efficient operation, and the flexibility to evolve with the emergence of the network and changes in the regulatory environment over time. Methodologically, since the demonstration projects under DemoUpCARMA are novel pilots and the overall understanding of CCUS and CCTS value chains and their political, regulatory, financial aspects is still in its infancy, a number of qualitative and exploratory methods were used to approach the questions; for example, an inventory of existing national and international best practices on financing was performed, as well as workshops and interviews with relevant key stakeholders (such as national authorities, industry partners, subject matter experts, the public, associations and companies from similar industries, etc. ) were conducted.

Related documents

• Work Package 2 - CO2 Storage in Concrete_interim report [PDF] 2'295 kB
• Work Package 3 - CO2 Transport & Storage in Iceland_interim report [PDF] 1'466 kB
• Work Package 4 - Technoeconomic Analysis & Scale-up_interim report [PDF] 2'115 kB
• Work Package 5 - Policy, Regulation & Public Acceptance_interim report [PDF] 8'797 kB

Publications / Results (French)

>>> Rapports sur les modules de travail, veuillez consulter la section en anglais <<<

Module de travail 2 - Stockage du CO2 dans le béton:
Ce work package vise à démontrer un écosystème de carbonatation minérale, qui permet (1) de stocker le CO2 de manière permanente dans le béton primaire et le béton recyclé, et (2) de réduire la demande énergétique et les émissions de gaz à effet de serre (GES) du béton en considérant l'ensemble de la chaîne de valeur. Ce WP s'appuie sur les connaissances acquises dans le cadre du projet RECARB, où seule une partie du système complet proposé ici a fait l'objet d'une démonstration à l'échelle pendant sept jours, à savoir la carbonatation minérale de granulats de béton recyclé (RCA) dont la taille des particules peut atteindre 16 mm. En outre, une étude expérimentale de validation du concept a révélé que la carbonatation peut modifier les propriétés matérielles des granulats de béton recyclé de telle sorte que la teneur en ciment des mélanges de béton peut être réduite au minimum réglementaire, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie primaire et les émissions de gaz à effet de serre du béton. Pour faciliter la diffusion de ce savoir-faire et permettre à l'industrie suisse d'adapter ses pratiques de fabrication, une approche plus globale est nécessaire.
Dans ce qui suit, quelques résultats préliminaires sont énumérés :
- Deux technologies de carbonatation minérale à l'échelle industrielle et totalement intégrées ont été mises en service dans l'usine de production et de recyclage de béton de Kästli.
- L'exploitation de ces technologies montre que 13 kg de CO2 par tonne de RCA ont été séquestrés à l'échelle industrielle, ce qui est conforme aux expériences à l'échelle du laboratoire et correspond à une augmentation de 60 % de la capacité de stockage par rapport aux résultats du projet RECARB.
- L'eau de gâchage du béton a montré une absorption de CO2 d'environ 25 kg de CO2 par mètre cube de boue.
- Les essais de matériaux montrent que la carbonatation de l'eau de gâchage du béton a un effet moins prononcé sur l'ouvrabilité du béton.
- La teneur en eau de l'ACR a un effet significatif sur le taux d'absorption de CO2. L'absorption de CO2 la plus élevée a été mesurée à une absorption d'eau de 30 %.
- La carbonatation entraîne la décalcification du C-S-H, qui est potentiellement réactif et peut participer à l'hydratation du ciment lorsqu'il est utilisé comme granulat dans un nouveau béton.
- Un cadre basé sur Excel a été développé, qui permet le développement et la comparaison de différentes chaînes de valeur CCUS stockant le CO2 dans le béton de démolition.
- Dans tous les scénarios, les chaînes de valeur CCUS ont un impact positif sur le climat, c'est-à-dire qu'elles évitent et éliminent plus d'émissions qu'elles n'en génèrent. Les scénarios qui présentent actuellement un intérêt industriel affichent des rendements supérieurs à 90 %.
Au fur et à mesure de l'avancement du projet, d'autres résultats seront collectés, qui seront partagés dans le rapport final.

Module de travail 3 - Transport et stockage du CO2 en Islande:
L'objectif général de ce lot de travail est de démontrer la faisabilité technique de la chaîne logistique dans son intégralité avec (i) la liquéfaction du CO2 sur le site d’un émetteur industriel suisse, (ii) le transport transnational du CO2 et (iii) le stockage géologique du CO2 à l'étranger. L'émetteur industriel en question est la station d'épuration des eaux usées Ara Region Bern, qui fournit du CO2 biogénique de haute pureté résultant de la valorisation du biogaz produit à partir des eaux usées de la station. Neustark et Ara Region Bern gèrent et exploitent l'unité de liquéfaction installée sur le site de l'émetteur et s’occupent du chargement du CO2 dans des conteneurs-citernes dédiés pour le transport. Salzmann AG Transporte, CFF Cargo et ChemOil assurent le transport des conteneurs-citernes de CO2 du site de l'émetteur à Rotterdam et retour. Les conteneurs-citernes sont d’abord transportés par camion jusqu'à la gare de Weil-am-Rhein, puis par le rail jusqu'au port de Rotterdam. Le fret maritime des conteneurs-citernes du port de Rotterdam à Reykjavik est assuré par un prestataire de services (Samskip) et est géré par Carbfix. Le CO2 transporté est ensuite dissous dans l'eau et injecté pour un stockage minéral permanent dans une formation rocheuse basaltique qui sert de réservoir de stockage permanent. Carbfix est chargé (i) de la caractérisation technique et géologique du site de démonstration (c'est-à-dire la caractérisation du terrain, la conception et la mise en place du système d'injection, et l'échantillonnage et la caractérisation des fluides du réservoir), (ii) de la construction du système d'injection, et (iii) de la démonstration sur le terrain (c'est-à-dire l'injection du CO2, la surveillance chimique, et la surveillance du flux de CO2). Cette injection pilote sera la première dissolvant du CO2 dans l'eau de mer et sera effectuée sur un nouveau site d'injection construit et exploité par Carbfix. Lors de sa mise en oeuvre, la performance de la chaîne logistique de CO2 sera évaluée sur la base d'indicateurs de performance clés (IPC) prédéfinis, relatifs aux aspects techniques, opérationnels, économiques et environnementaux. Ce travail (i) fournira un modèle de conception pour les chaînes logistiques de CO2 qui seront développées à l'avenir, (ii) prouvera la faisabilité de telles chaînes, et (iii) permettra une identification précoce des lacunes techno-économiques, juridiques et environnementales qui devraient être comblées avant la mise à l'échelle et le développement ultérieur des chaînes logistiques de CO2.

Module de travail 4 - Analyse technico-économique et mise à l'échelle:
L'objectif général de ce WP est d'évaluer le potentiel d'extension des chaînes de captage, d'utilisation et de stockage du carbone (CCUS) et de captage, de transport et de stockage du carbone (CCTS) à court terme, ainsi que celui d'un réseau de CO2 reliant les sites d'émission suisses aux sites de stockage nationaux et internationaux à long terme. Dans ce qui suit, les chaînes logistiques de CO2 qui impliquent le captage et le transport du CO2 à l'étranger en vue d'un stockage géologique sont désignées comme CCTS, tandis que les chaînes logistiques de CO2 qui impliquent le captage et l'utilisation du CO2 et son stockage permanent dans le béton par minéralisation sont désignées comme CCUS. Tout d’abord, nous nous concentrerons sur l'analyse de quelques sources d’émissions localisées en Suisse provenant des secteurs de la valorisation énergétique des déchets, du ciment et du biogaz (par exemple, les usines d’incinération KVA Linth et ERZ à Hagenholz, la cimenterie Jura à Wildegg) qui pourraient déployer le CCUS et le CCTS comme solution de réduction des émissions à court terme, c'est-à-dire jusqu'à environ 2030. Ce travail examinera la chaîne logistique globale en CO2 avec le captage et la liquéfaction du CO2 sur le site de l'émetteur, le transport et le stockage dans du béton (solution nationale) ou dans un réservoir géologique à l'étranger. En raison de l'horizon proche, il est prévu que ces chaînes logistiques reposent principalement sur le transport terrestre du CO2 par camion et par train. Dans une prochaine étape, le développement et la conception intégrée optimale d'un réseau de CO2 interconnecté à une infrastructure paneuropéenne partagée seront étudiés en tant que solution de réduction des émissions à long terme. L'analyse sera étendue à d'autres secteurs, à savoir les secteurs chimique, pharmaceutique et des sciences de la vie. Un tel réseau desservira les quelques sources d’émissions localisées en Suisse et comprendra des unités de captage direct dans l'air (DAC), dont l'emplacement optimal par rapport aux sites de stockage de CO2 opérationnels à l'étranger sera étudié. Enfin, l'intégration optimale du captage post-combustion du CO2 aux usines de d’incinération des déchets et aux cimenteries sera évaluée en se référant à l'usine de Jura Cement à Wildegg (Argovie) et à l'usine de ERZ à Hagenholz (Zurich) et des directives seront fournies pour généraliser les résultats de cette analyse à d'autres émetteurs suisses de ces secteurs.

Module de travail 5 - Politique, réglementation et acceptation par le public:
Le Work Package 5 de DemoUpCARMA est consacré aux questions politiques, réglementaires, financières et d'acceptation publique dans le contexte des chaînes de valeur CCUS et CCTS et identifie les lacunes potentielles pour leur mise en oeuvre et leur mise à l'échelle. Dans ce contexte, ce work package comprend donc, entre autres, une analyse des instruments de financement climatique au niveau national et international, une étude des politiques efficaces pour surmonter les problèmes de financement et d'acceptation potentielle, une analyse des parties prenantes et des propositions pour une communication appropriée, ainsi qu'une évaluation des questions techniques et organisationnelles liées au développement de l'infrastructure nécessaire. Étant donné que le projet et la plupart des lots de tâches du Work Package 5 se poursuivent jusqu'en septembre 2023, ce document résume principalement des résultats et des conclusions sélectionnés et provisoires. La Suisse a attribué un rôle important au CSC dans sa stratégie climatique à long terme visant à atteindre zéro émission nette d'ici 2050, mais les chaînes de valeur CCUS et CCTS n'ont actuellement pas d'analyse de rentabilité positive, principalement en raison de leur coût élevé. Pour devenir économiquement viables, ces technologies auront vraisemblablement besoin de nouvelles incitations économiques. Afin d'explorer ces possibilités, une analyse des futurs instruments de financement climatique actuels et potentiels aux niveaux national et international en Suisse et dans d'autres pays a été réalisée dans le cadre du Work Package 5. Plusieurs options ont été identifiées pour soutenir les activités de CSC en Suisse et au-delà. Alors que le travail sur ces questions se poursuit, les premiers résultats concrets sont d'ores et déjà disponibles pour les parties prenantes, sur la base desquels les premières mesures de soutien au développement du CSC en Suisse peuvent être prises. Afin de pouvoir présenter ces résultats aux bonnes parties prenantes, une analyse du paysage des parties prenantes a également été réalisée dans le cadre du workpackage ; à cette occasion, une série de parties prenantes pertinentes issues des milieux scientifiques, économiques, politiques et de la société civile ainsi que du public ont été identifiées le long des chaînes de valeur CCTS/CCUS. Étant donné qu'en plus des personnes concrètes, le public jouera également un rôle dans le développement des CCUS et des CCTS, les partenaires du Work Package 5 travaillent également sur la compréhension actuelle des CCS et de l'opinion publique par le biais d'interviews, de groupes de discussion et de questionnaires, et formulent sur cette base des recommandations pour la communication publique. Un aspect critique pour le développement réussi du CSC en Suisse est l'infrastructure de pipeline de CO2 qui y est liée. Dans ce domaine, les modèles organisationnels et financiers d'un tel réseau ont notamment été examinés et un aperçu complet des modèles possibles a été établi. Dans l'ensemble, les modèles commerciaux réglementés avec une instance centrale semblent offrir l'approche financière la plus appropriée pour un réseau suisse de pipelines de CO2, car ils offrent de faibles coûts de financement, des incitations à une exploitation efficace et la flexibilité d'évoluer avec la création du réseau et les changements de l'environnement réglementaire au fil du temps. Étant donné que les projets de démonstration DemoUpCARMA sont des projets pilotes novateurs et que la compréhension globale des chaînes de valeur CCUS et CCTS et de leurs aspects politiques, réglementaires et financiers n'en est qu'à ses débuts, une série de méthodes qualitatives et exploratoires ont été utilisées pour aborder les questions, telles que l'inventaire des meilleures pratiques nationales et internationales existantes en matière de financement, des ateliers et des entretiens avec des acteurs clés pertinents (tels que les autorités nationales, les partenaires industriels, les experts techniques, le public, les associations et les entreprises de secteurs comparables, etc. ).