Glace sèche à partir de CO₂ biogénique : comment est-elle produite et quand est-ce pertinent

La glace sèche issue de CO₂ biogénique est produite par la séparation du dioxyde de carbone du biogaz dans une installation d'épuration, sa purification, sa liquéfaction et sa détente sous forme de « neige », qui est ensuite compressée en granulés ou en blocs. Chimiquement, elle ne diffère pas de la glace sèche issue d'autres sources ; la différence réside dans l'origine du carbone, qui provient de la biomasse et non des combustibles fossiles. Cela a une importance pour le bilan climatique, mais n'altère pas les exigences technologiques et qualitatives.

D'où provient le CO₂

Le biogaz contient généralement plusieurs dizaines de pour cent de CO₂, qui est éliminé lors de l'épuration pour obtenir du biométhane. Le flux de CO₂ sortant de l'installation peut être pur ou contaminé par des résidus de méthane, de l'air, de l'humidité et des composés soufrés, selon la technologie utilisée (voir Upgrading : comparaison des technologies). La valorisation du CO₂ est décrite dans le texte CO₂ biogénique issu des unités de méthanisation.

Comment est produite la glace sèche

1. Purification. Élimination de l'eau, des composés soufrés, des composés organiques volatils, des résidus de méthane et d'autres contaminants, en fonction de l'usage prévu du produit.
2. Liquéfaction. Le CO₂ se liquéfie sous pression élevée et à température réduite (le point triple du CO₂ est d'environ 5,18 bar et −56,6 °C, donc le liquide n'existe qu'au-dessus de cette pression).
3. Détente. Le CO₂ liquide est détendu à la pression atmosphérique, ce qui entraîne la transformation d'une partie en gaz et d'une autre en fine neige. Le gaz produit lors de la détente peut être recyclé dans le système.
4. Compression. La neige est compressée en granulés (pellets) ou en blocs. Les paramètres de compression influencent la densité et la vitesse de sublimation.

Exigences de qualité

La glace sèche utilisée en contact avec les aliments doit répondre aux exigences pour le CO₂ en tant qu'additif alimentaire (désignation E 290 dans le règlement (CE) n° 1333/2008) ainsi qu'aux normes de qualité appliquées dans l'industrie des gaz techniques, telles que les directives EIGA. Pour un produit technique (nettoyage, refroidissement dans le transport), les exigences sont moins strictes. Les exigences pour le CO₂ de qualité alimentaire sont élevées, donc le flux brut issu de l'épuration doit généralement être purifié et contrôlé en laboratoire. La qualité est définie par le fournisseur de l'installation et le client ; il ne faut pas supposer que chaque flux est « adapté ».

Applications

• Refroidissement et transport de produits alimentaires et pharmaceutiques.
• Nettoyage par projection (élimination sans résidus des contaminants de surface).
• Industrie alimentaire : refroidissement, congélation, mélange dans les processus.
• Effets visuels et gastronomie, en respectant les règles d'utilisation sûre.

Pertinence économique

La rentabilité dépend de l'échelle (quantité de CO₂ disponible), de la pureté du flux, de la distance par rapport au marché et aux clients, ainsi que du coût de la liquéfaction et du refroidissement. La glace sèche a une durée de conservation limitée (elle se sublime), donc la logistique est exigeante. Dans de nombreux cas, il est plus rentable de valoriser le CO₂ sous forme liquide, et la glace sèche est l'une des formes permettant de livrer le produit aux clients sans réservoir cryogénique. Ce cadre détermine si l'investissement est pertinent et nécessite une analyse du marché des clients.

Aspect climatique

Le CO₂ issu de la biomasse fait partie du cycle court du carbone. La glace sèche retourne dans l'atmosphère après sublimation, elle ne constitue donc pas un stockage permanent du carbone. L'avantage réside dans le fait qu'elle remplace le CO₂ d'origine fossile là où il aurait été utilisé. Pour un retrait permanent du CO₂, des solutions de type BECCS sont nécessaires ; voir BECCS et stockage du CO₂ biogénique. Les déclarations environnementales doivent être basées sur une méthodologie de bilan, et non sur le simple terme « bio ».

Quelle quantité de glace sèche produit un flux de CO₂

Lors de la détente du CO₂ liquide à la pression atmosphérique, seule une partie de la masse se transforme en neige solide, le reste revenant à l'état gazeux ; cette proportion dépend de la pression et de la température du liquide avant la détente et, dans les systèmes typiques, elle est inférieure à la moitié. Une installation bien conçue comprime et reliquéfie le gaz évaporé, réduisant ainsi la perte de CO₂. Pour la planification, il est donc nécessaire de demander au fournisseur le rendement global du cycle, et non seulement la capacité de la presse. Il faut également prendre en compte la consommation d'énergie pour le refroidissement, qui peut être un poste décisif dans le bilan des coûts.

Questions à considérer avant de prendre une décision

• Quelle est la pureté du flux de CO₂ issu de la technologie d'épuration disponible et peut-elle être améliorée ?
• Combien de clients se trouvent à une distance raisonnable et quelle est leur demande au cours de l'année (saisonnalité) ?
• Le produit sera-t-il alimentaire ou technique, et quels tests de qualité seront nécessaires ?
• Que devient le CO₂ pendant les périodes de faible demande ?

Sécurité

La glace sèche provoque des brûlures par le froid, et sa sublimation dans des espaces confinés déplace l'oxygène. Pour le stockage et le transport, une ventilation et des emballages non étanches au gaz sont utilisés (il ne faut pas enfermer la glace sèche dans des conteneurs hermétiques). Les règles de sécurité d'utilisation doivent découler de la fiche de données de sécurité du fournisseur et des procédures de l'établissement.