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L'avantage carbone québécois : le cas des chlore-alcalis (produits chimiques de base)

Mise en contexte

L'empreinte carbone d'un produit correspond à la somme des gaz à effet de serre (GES) émis tout au long de son cycle de vie. L'évaluation de l'empreinte carbone des produits est un outil permettant aux entreprises de prendre de meilleures décisions en matière d'environnement et d'améliorer leur positionnement sur les marchés nationaux et internationaux.

Au Québec, l'approvisionnement en électricité est très majoritairement issu de centrales hydroélectriques, lesquelles n'émettent que très peu de GES. Cette caractéristique unique confère à plusieurs secteurs de l'économie québécoise un avantage considérable en comparaison d'autres pays.

C'est dans cette optique que le Ministère a financé en 2014 un projet mené en collaboration avec le Centre international de référence sur le cycle de vie des produits, procédés et services (CIRAIG).

L'objectif était de quantifier l'avantage carbone d'une variété de produits québécois, pour ensuite promouvoir cet avantage. La production de chlore-alcalis par l'électrolyse1 de l'eau salée selon les technologies de cellule à diaphragme2 et de cellule à membrane2, une activité requérant beaucoup d'électricité, a été sélectionnée comme cas d'étude pour ce projet.

Sommaire

Les résultats du projet révèlent que les émissions de GES d'une production
au Québec de chlore-alcalis par l'électrolyse de l'eau salée sont de 56 à 78 % inférieures à celles émises lors d'une même production en Chine, aux États-Unis et en Allemagne.

Avantage carbone des chlores-alcalis québécois
(obtenus par électrolyse)

Description de l'activité étudiée

Le produit visé est le chlore (Cl2) ainsi que ses coproduits, l'hydrogène (H2) et l'hydroxyde de sodium (NaOH), obtenus par l'électrolyse de l'eau salée. Les unités fonctionnelles se définissent comme suit :

  • produire 1 tonne de chlore gazeux, 0,028 tonne d'hydrogène gazeux et 1,13 tonne d'hydroxyde de sodium dans des cellules électrolytiques à diaphragme, pour la période 2010‑2020;
  • produire 1 tonne de chlore gazeux, 0,028 tonne d'hydrogène gazeux et 1,13 tonne d'hydroxyde de sodium dans des cellules électrolytiques à membrane, pour la période 2010‑2020.

Les unités fonctionnelles fournissent une référence par rapport à laquelle les intrants et les extrants, et ultimement les émissions de GES attribuables au produit, sont calculés.

Cycle de vie « berceau à la porte »3 de la production de chlore-alcalis par l'électrolyse de l'eau salée

Pour plus d’information sur le contenu de cette image, veuillez vous adresser à technologiesvertes@economie.gouv.qc.ca.

L'hydroélectricité du Québec : premier différenciateur

Le mix électrique québécois utilisé pour le projet est basé sur les données les plus récentes d'Hydro-Québec4. Ce mix électrique,qui représente l'électricité consommée au Québec, provient principalement de la production sur le territoire québécois, mais également d'importations de régions voisines (ces importations comprennent aussi une grande part d'hydroélectricité).

Le tableau suivant résume les mix électriques utilisés.

Mode de génération électrique Chine États-Unis Allemagne Québec
Fossile 79 % 69 % 59 % < 1 %
Hydroélectrique 19 % 7 % 5 % 95 %
Nucléaire 2 % 20 % 24 % 3 %
Éolien < 1 % 2 % 7 % < 1 %
Autres < 1 % 2 % 5 % < 1 %

Méthodologie

Le référentiel méthodologique utilisé est le GHG Protocol – Product Life Cycle Reporting and Accounting Standard, un protocole de quantification internationalement reconnu pour les calculs d'empreinte carbone. Les frontières du système étudié ont été posées du « berceau à la porte », comme recommandé par ce  protocole pour des produits intermédiaires5.

L'empreinte carbone des chlore-alcalis québécois a d'abord été calculée. L'empreinte carbone hors Québec est ensuite établie en remplaçant simplement le mix électriquequébécois par le mix électriquedu pays de comparaison. L'avantage carbone est la différence obtenue entre une empreinte carbone hors Québec fictive et l'empreinte carbone calculée pour une production québécoise. L'équation ci-dessous permet d'obtenir cet avantage carbone, en valeur relative :

Données utilisées

L'objectif du projet était d'obtenir un portrait général de la production de chlore-alcalis au Québec. Les résultats ne concernent donc pas une usine en particulier. Aucune donnée primaire spécifique à la production de chlore-alcalis au Québec n'a pu être collectée.

Un modèle a été élaboré à partir des données secondaires tirées du document de référence sur les meilleures technologies pour la production de chlore-alcalis6 publié par le Joint Research Center européen en 2014 et celles de la base de données ecoinvent, v3.01 et v3.1.

Limites de l'étude

Le cadre d'analyse de cette étude comporte certaines limites à considérer lors de l'interprétation des résultats, notamment :

  • les résultats sont représentatifs d'un secteur et non d'une entreprise en particulier. Cela limite la précision des résultats, mais augmente leur champ d'application;
  • l'avantage carbone relatif (%) est dépendant des frontières du système étudié;
  • l'avantage carbone calculé reste potentiel, en raison des limitations en matière de modélisation et des données disponibles, mais il demeure réaliste.

Résultats

Les pays de comparaison sélectionnés, soit la Chine, les États-Unis et l'Allemagne, sont les trois plus importants producteurs de chlore-alcalis du monde. La Chine présente un mix électrique dit « très carboné », c'est-à-dire émettant beaucoup de GES, tandis que les États-Unis et l'Allemagne présentent des mix dont l'empreinte carbone est proche de la moyenne mondiale.

Les résultats indiquent que l'avantage carbone de la production de chlore-alcalis au Québec est très important pour les deux technologies (cellule à diaphragme et cellule à membrane), avec des émissions de GES de 56 à 78 % inférieures à celles des pays de comparaison. Plus le mix électrique de comparaison est carboné, plus l'avantage carbone québécois est élevé.

Des conclusions similaires peuvent être tirées pour d'autres pays, tant que l'empreinte carbone de leur mix électrique reste près de la moyenne mondiale ou supérieure à celle-ci.

Le facteur transport

L'effet de possibles distances de transport additionnelles (pour les intrants ou le produit étudié) occasionnées par une production ayant lieu au Québec plutôt qu'ailleurs a été évalué. Tout indique que s'il était requis, un transport additionnel ne viendrait pas affecter les conclusions. L'avantage carbone demeurerait donc important.

Variabilité des résultats

Des intervalles de variabilité ont été calculés afin d'établir une valeur minimum et maximum pour l'avantage carbone obtenu dans le cadre du projet, en tenant compte de la variabilité du procédé industriel ainsi que de certaines spécificités régionales.

Ces intervalles ont été obtenus en faisant varier les principaux facteurs qui contribuent à l'empreinte carbone des chlore-alcalis, soit :

  • l'électricité (quantité consommée);
  • la vapeur (quantité consommée et mode de production);
  • le sel (quantité consommée).

Pour établir l'avantage carbone minimal, on compare la situation la plus défavorable au Québec à la situation la plus favorable dans le pays de comparaison. La valeur maximale de l'avantage carbone s'obtient, quant à elle, en comparant la situation la plus favorable au Québec à la situation la plus défavorable dans le pays de comparaison.

Ainsi, l'avantage carbone issu du mix électriquequébécois reste majeur quelles que soient les pratiques industrielles supposées.

Pays de comparaison Variabilité de l'avantage carbone
(cellule à diaphragme)
Variabilité de l'avantage carbone
(cellule à membrane)
Chine [de 47 % à 83 %] [de 55 % à 88 %]
États-Unis [de 21 % à 74 %] [de 35 % à 82 %]
Allemagne [de 14 % à 72 %] [de 28 % à 80 %]

Vérification indépendante

Les résultats de cette étude devant être divulgués publiquement et étant destinés à appuyer une affirmation comparative, une revue critique a été réalisée par un comité d'experts afin d'assurer une plus grande crédibilité aux résultats de l'étude. Un avis de vérification favorable a été émis par le comité réviseur de l'étude.

« Globalement, le réviseur considère que la méthodologie adoptée, les unités fonctionnelles choisies ainsi que les frontières des systèmes sont en adéquation avec les exigences du référentiel GHG Protocol et répondent aux objectifs de l'étude. Le rapport présente des conclusions nuancées sur des bases d'analyses de sensibilité qui abordent des situations extrêmes. »

– M. Rémi Bagard, RDC Environnement

Notes de référence

  1. Décomposition chimique de certaines substances sous l'effet d'un courant électrique.
  2. Il s'agit des deux technologies présentes au Québec pour la production de chlore-alcalis par électrolyse. Pour plus d'information, visiter la page Web (en anglais seulement) : chemwiki.ucdavis.edu/Analytical_Chemistry/Electrochemistry/Case_Studies/Case_Study%3A_Industrial_Electrolysis
  3. Un cycle de vie partiel qui tient compte des étapes comprises entre l'extraction des matières premières et la fabrication du produit inclusivement.
  4. Le mix électrique correspond à la répartition des différentes sources d'énergies primaires consommées pour la production d'électricité. Pour augmenter la représentativité statistique, une moyenne pondérée des quatre années les plus récentes pour lesquelles des données sont disponibles a été utilisée. La centrale nucléaire de Gentilly-2 fait partie de l'étude, puisque les données les plus récentes datent de 2012, année de sa fermeture. 
  5. Produits servant d'intrants pour la production d'autres produits.
  6. eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/CAK_Adopted_072014.pdf (en anglais seulement).
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