Étude d’un exemple d’équivalent-CO2

De façon stricte, l’équivalence CO2 désigne le potentiel de réchauffement global (PRG) d’un gaz à effet de serre par rapport à celui du dioxyde de carbone. Cela est expliqué ici : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quivalent_CO2

Mais l’équivalence CO2 peut signifier d’autres choses. Comme par exemple, la masse de CO2 obtenue si l’on brûlait une substance qui contient du carbone (pétrole, papier, bois, hydrocarbure, plastique…). C’est ce que l’on va examiner dans ce présent article.

Dans une des premières pages de l’annuaire téléphonique français des pages jaunes de 2013, quelque chose a attiré mon attention :

annuairePTT

Ainsi donc, d’après cette image, un annuaire équivaudrait à 2,3 kg de CO2…

Un annuaire, c’est du papier, c’est-à-dire de la cellulose.

Je pèse l’annuaire sur une balance : 860 grammes, soit 0,86 kg.

Étant moi-même chimiste de formation, la chimie quantitative nous renseigne avec transparence que 242 g de cellulose réagit par combustion avec 192 g de dioxygène pour produire 264 g de CO2 et 90 g d’eau. La masse des réactifs (cellulose + dioxygène) est égale à la masse des produits (CO2 + H2O) : 162 g + 192 g = 264 g + 90 g.

  • C6H10O5 + 6 O2 –>  6 CO2 + 5 H2O

Alors, la combustion de 860 g de cellulose avec 1019,26 g de dioxygène, cela produit 1401,48 g de CO2 et 477,77 g d’eau.

La combustion d’un annuaire des pages jaunes équivaut donc à la production de 1,4 kg de CO2. Mais pas 2,3 kg. Je trouve une différence de 900 grammes.

J’aurais voulu connaître comment le cabinet de comptables a réalisé ce calcul. Car en effet il s’agit d’un cabinet de comptables. Plus exactement, un cabinet d’audit financier. Si ceux-ci sont certainement aptes à des calculs concernant l’économie, il est évident que pour calculer la masse de CO2 selon la masse d’un matériau inflammable il faut avoir nécessairement des connaissances de base en chimie. De plus, les calculs des empreintes carbone en France sont réalisés par une association (http://fr.wikipedia.org/wiki/Bilan_carbone), et non par un comité de scientifiques comme je le croyais…

 

Je viens de dire le mot «scientifique». La chimie est une science. Dans ce contexte, le cabinet de comptables aura peut-être réalisé des expériences quantitatives sur le CO2. Non ?

Voici le protocole expérimental :

Dans un ballon en pyrex (http://www.lelaborantin.fr/boutique/images_produits/713640-z.jpg), on introduit une masse connue de cellulose. On enflamme la cellulose et l’on fait de façon à ce que la combustion soit complète. Ensuite, les gaz de combustion sont recueillis à travers un tube coudé en verre, et prolongé jusqu’à une cuve fermée assez grande et remplie d’hydroxyde de calcium (chaux éteinte). L’orifice du ballon aura été rodé, c’est-à-dire que le montage expérimental est rendu hermétique, de façon à ne pas avoir des fuites de gaz.  Le CO2 réagit avec l’hydroxyde de calcium pour former du carbonate de calcium qui précipite. Après la réaction complète de combustion, on récupère le carbonate sédimenté, on le filtre par un buchner (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0a/Embudo_B%C3%BCchner.jpeg), et on laisse sécher le carbonate. Ensuite, on pèse ce carbonate de calcium.

D’après ce protocole expérimental intéressant, la chimie quantitative théorique nous indique que la combustion complète de 860 g de cellulose produit 1401,48 g de CO2 (soit 713,48 L de ce gaz, à 25°C et sous une pression de 1013,25 hPa), lequel formera un précipité de 3185,18 g (au mieux) de carbonate de calcium (CaCO3). Est-ce que l’agence de comptables aurait trouvé un excédent de +64,3% ?

 

Ensuite, si l’équivalent CO2 était défini comme étant une référence énergétique (la masse de CO2 émis par kilowatt-heure), les calculs sont différents. En thermochimie, la combustion de 860 g de cellulose met en jeu une quantité calorifique de 9680,33 kJ, ce qui équivaut à 2,69 kWh thermiques (c’est mon estimation, et je dois la vérifier en détails, j’y reviendrai dessus, mais c’est dans le bon ordre de grandeur). Or, selon les moyens de production électrique en France, le kWh électrique équivaut à émettre 90 g de CO2. Les 2,3 kg d’équivalent CO2 énoncés par le cabinet d’audit équivalent donc à 25,55 kWh électriques en France, et plus en kWh thermiques si le rendement des centrales à charbon est de 44%. On est donc loin des 2,69 kWh thermiques.

 

Je complète par ce paragraphe suivant.

 

Lors d’une recherche sur Google :

guide

Puis j’ouvre le PDF et je remarque ceci sur une page :

papiertonne

D’après ce PDF, une tonne de papier produit 1,8 tonne de CO2 par combustion.

Plus haut, j’ai dit que 162 g de cellulose produit 264 g de CO2 par combustion, ça veut dire qu’une tonne de cellulose produit 1629,63 kg (soit 1,63 tonne environ) de CO2. Par rapport à mes calculs, le PDF présente une donnée qui a une différence de +10,4%. Mais les 2,3 kg de CO2 pour 860 g d’annuaire, cela fait respectivement une différence de +64,3% par rapport à mes calculs, et +48,6% par rapport à ce que raconte le PDF.

 

 

Je ne donne pas de conclusion, je me pose seulement des questions…

 

  • « C’est en faisant n’importe quoi qu’on devient n’importe qui. »  (Rémi Gaillard)     😉

 

Le présent article est susceptible de compléments ultérieurs.

© 2013 John Philip C. Manson

Combien de CO2 «dégage» un kWh électrique ?

On y lit que «le Potentiel de réchauffement global (PRG) est l’unité de mesure de l’effet d’un GES sur le réchauffement climatique par rapport à celui du CO2» qui sert de référence. «Par exemple, le méthane a un PRG de 23, ce qui signifie qu’il a un pouvoir de réchauffement 23 fois supérieur au CO2.»

Cette unité de mesure qu’est le PRG, je me demande premièrement si elle est validée par le système international des unités de mesure (SI). Et dans un de mes articles anciens, j’ai prouvé que le pouvoir radiatif des gaz à effet de serre par rapport au CO2 comportait une importante incertitude, avec le cas du méthane en particulier : http://jpmanson.unblog.fr/2011/07/17/de-combien-de-fois-le-methane-est-un-gaz-a-effet-de-serre-plus-puissant-que-le-co2/  (ce lien est mort, mais l’article existe désormais ici : https://jpcmanson.wordpress.com/2011/12/05/de-combien-de-fois-le-methane-est-un-gaz-a-effet-de-serre-plus-puissant-que-le-co2/). Les ressources scientifiques académiques ne donnent qu’une approximation de cette grandeur relative, ce n’est donc pas une unité de mesure précise et fiable. J’ai pu voir 18 sources qui donnaient 11 valeurs contradictoires, le pouvoir radiatif du méthane par rapport au CO2 est ainsi estimé, selon les sources, entre 20 fois et 72 fois, ce qui fait quand même une grande incertitude. Ainsi, le PRG est une estimation, pas une mesure.

Ensuite, à propos de l’équivalence carbone, l’article dit que «Un kg CO2 contient 0,2727 kg de carbone». C’est correct, car le calcul consiste à diviser la masse molaire du carbone par celle du CO2 : 12/44 = 0,2727 kg de carbone pour 1 kg de CO2.

À propos de l’équivalence entre CO2 et kWh électrique, on lit dans l’article que «En France, un kWh électrique produit 0,09 kg CO2. Il faut donc, en moyenne, un peu plus de 11.100 kWh d’électricité pour produire une tonne de CO2». Mais il s’agit là d’une estimation qui varie d’un pays à l’autre, et d’un continent à l’autre. C’est une grandeur de comparaison relative qui ne se base pas sur des unités physiques fondamentales.

J’ai justement les données sous les yeux : pour un total de 550,3 TWh annuels de production électrique en France, l’énergie d’origine thermique (charbon, gaz, etc) produit 59,4 TWh. C’est-à-dire que sur la puissance électrique totale de 62,78 GW, l’énergie thermique (par combustion) délivre une puissance de 6,776 GW. Ainsi, la proportion de l’énergie thermique par rapport au total est de 10,79% en France. Je suppose que le kWh dont parle le site web analysé désigne toute l’électricité, et le CO2 ne concerne cependant que les énergies d’origine thermique (seuls émetteurs de CO2). Ainsi, dans les faits, pour 1 kWh produit par toutes les différentes sources d’énergie (dont le nucléaire et les énergies renouvelables), l’énergie thermique (par combustion) produit quant à elle une quantité de 0,1079 kWh qui est à relier avec les 90 grammes de CO2.

  • Une quantité comme 1 kWh est égale à 3,6 MJ, et 3,6 millions de joules c’est énorme par rapport à 90 g de CO2 produit.
  • 90 g de CO2 c’est égal à 2,045 moles de CO2, donc 1 kWh pour 90 g c’est équivalent à 1760 kJ/mol de CO2.
  • Pour une simple combustion chimique (oxydation de carbone ou d’hydrocarbure), 1760 kJ/mol c’est trop élevé pour être crédible.
  • En effet, la combustion du carbone libère une énergie de 393,5 kJ par mole de CO2.
  • Ainsi, si l’on prend en compte la fraction des centrales thermiques par rapport au total électrique, on doit multiplier 1760 par 0,1079.
  • Donc 0,1079 kWh pour 90 g de CO2 émis, c’est équivalent à 1760 × 0,1079 = 189,9 kJ par mole de CO2, soit la moitié du bilan de la réaction chimique…
  • Par conséquent, la différent relevée dans le résultat montre que 1 kWh de l’électricité totale n’est pas équivalente à 90 g de CO2.
  • 0,1079 kWh = 388.44 kJ, et il faut trouver 393,5 kJ/mol. Ainsi il faut 0,987 mole de CO2 pour trouver une égalité.
  • Ainsi, pour 0,1079 kWh électrique d’origine carbonique (soit 1 kWh pour l’électricité totale), on aura produit 43,434 g de CO2, et non pas 90 g. Donc c’est deux fois moins de CO2 que prévu. Mais cela s’explique par un rendement inférieur à 100%. Ainsi, avec un rendement de 48% environ, l’équivalence de 90 g de CO2 pour 1 kWh est correcte.

Cela vaut le coup de tout vérifier, non ?

Relecture de l’article le 1er juin 2012 : calculs corrects.

  • Moralité : ne jamais considérer des affirmations pour vraies dans les médias, il convient toujours mieux de vérifier les données quantitatives quand cela est possible.
  • Souvent, dans les magazines et dans le web, la mode actuelle de l’«équivalent-carbone» est utilisée à tort et à travers par les journalistes, ou des militants, voire des politiciens, avec des données quantitatives fausses…

Articles connexes :

 

 

© 2012-2013 John Philip C. Manson