Le moment idéal pour les moteurs à combustion riche

Depuis 2011, le programme GHGRP de l'EPA collecte des données annuelles sur les émissions de près de 8 000 grandes installations industrielles. (Photo : Adobe.)

La production de gaz naturel aux États-Unis a atteint en moyenne plus de 100 milliards de pieds cubes par jour (Gpi3/j) en octobre et novembre, et l'année 2022 devrait entrer dans l'histoire avec une moyenne record de 98 Gpi3/j. L'Agence américaine d'information sur l'énergie (EIA) prévoit une croissance de la production d'environ 2 % en 2023, avec une moyenne comprise entre 100 et 101 Gpi3/j .

L'engagement des États-Unis à fournir 530 milliards de pieds cubes supplémentaires de gaz naturel liquéfié (GNL) aux pays européens afin de soutenir les efforts européens visant à accroître leurs sources d'approvisionnement en gaz a permis aux exportations de GNL américain vers l'Europe d'atteindre des niveaux records tout au long de l'année 2022. Une étude publiée par l'American Petroleum Institute (API) et l'International Association of Oil and Gas Producers (IOGP) a révélé que la demande européenne de GNL devrait augmenter de 150 % entre 2021 et 2040.

Parallèlement, on reconnaît de plus en plus la nécessité de limiter l'impact du changement climatique, et le méthane, deuxième gaz à effet de serre le plus abondant après le dioxyde de carbone, est une cible prioritaire. Investisseurs, actionnaires, gouvernements et collectivités examinent de près l'intensité carbone liée à la production d'énergies fossiles, ce qui incite les producteurs d'énergie à rechercher des solutions nouvelles et innovantes pour réduire leurs émissions de méthane .

Les moteurs à gaz naturel, également appelés moteurs principaux, qui fournissent l'énergie mécanique aux compresseurs situés le long des 4,8 millions de kilomètres de gazoducs sillonnant les 48 États contigus des États-Unis, sont généralement classés en trois catégories distinctes : les moteurs à deux temps à combustion pauvre, les moteurs à quatre temps à combustion pauvre et les moteurs à quatre temps à combustion riche, dont la durée de vie est de 50 à 60 ans. Pourquoi ces trois catégories sont-elles importantes ?

Programme de déclaration des gaz à effet de serre (GHGRP)

Ces questions sont importantes car l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) propose des modifications à certaines dispositions du Programme de déclaration des gaz à effet de serre (GHGRP) afin d'améliorer la qualité des données collectées dans le cadre de ce programme. Depuis 2011, le GHGRP de l'EPA collecte des données annuelles sur les émissions de près de 8 000 grandes installations industrielles et autres sources aux États-Unis, émettant 25 000 tonnes métriques d'équivalent CO₂ (tCO₂e) ou plus par an. Selon l'EPA, les révisions proposées permettraient d'améliorer encore la qualité des données relatives à la catégorie « Systèmes pétroliers et gaziers » (sous-partie W), afin que le GHGRP continue de servir d'outil à la fois pour l'EPA et le public afin de comprendre les émissions de ce secteur.

Les études citées dans le projet de réglementation sur les GES indiquent qu'une part importante des émissions peut provenir du méthane imbrûlé entraîné dans les gaz d'échappement des moteurs de compresseurs de gaz naturel — également appelé « fuite de combustion » ou « fuite de méthane ». Ces études affirment en outre que les émissions des moteurs de compresseurs de gaz naturel incluses dans le GHGRP sont largement sous-estimées car elles ne tiennent pas compte de la fuite de combustion.

L’EPA propose donc de réviser les méthodes de calcul des émissions de combustion des moteurs à compresseur afin de tenir compte du glissement à la combustion. Les déclarants utiliseraient des facteurs d’émission spécifiques à la sous-partie W, classés par type de moteur (par exemple, deux temps à combustion pauvre, quatre temps à combustion pauvre, quatre temps à combustion riche ou autres), conformément au nouveau tableau W-9 proposé. Dans la proposition initiale, l’EPA indiquait que les modifications entreraient en vigueur le 1er janvier 2023 et que les déclarants les appliqueraient dès les rapports établis pour l’année de déclaration 2023 et soumis le 1er avril 2024. À la date de publication de ce document, la date d’entrée en vigueur des nouveaux facteurs d’émission reste incertaine. Voir la figure 1 pour une comparaison des facteurs d’émission actuels et proposés.

Figure 1 : Facteurs d'émission de GESRP actuels comparés au tableau W-9 de la sous-partie W de la partie 98 des facteurs d'émission de méthane par défaut proposés pour les compresseurs-moteurs alimentés au gaz naturel.

Comme le montrent les facteurs d'émission proposés, les moteurs à quatre temps à combustion riche émettent intrinsèquement moins de méthane. Ces moteurs fonctionnent avec un rapport air/carburant proche de la stœchiométrie (16:1), où théoriquement 100 % du carburant et de l'oxygène sont consommés lors de la combustion. En pratique, cela correspond à un rendement de combustion d'environ 99,7 %, ce qui se traduit par une réduction des émissions de méthane de plus de 90 %. Grâce à des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement adaptés, les émissions s'équilibrent, permettant ainsi d'obtenir des conditions quasi identiques pour les moteurs à combustion pauvre et riche.

Loi sur la réduction de l'inflation (IRA)

Par ailleurs, en août 2022, le président Joe Biden a promulgué la loi sur la réduction de l'inflation (IRA), qui prévoit une taxe sur les émissions de méthane de certaines entités du secteur pétrolier et gazier. Cette taxe s'applique aux installations tenues de déclarer leurs émissions de gaz à effet de serre (GES) au Programme de réduction des émissions de GES (GHPR). À compter du 1er janvier 2024, elle s'élève à 900 dollars par tonne de méthane et passe à 1 500 dollars après deux ans, ce qui équivaut respectivement à 36 et 60 dollars par tonne d'équivalent dioxyde de carbone.

La taxe IRA sur le méthane s'applique à un sous-ensemble des installations du système pétrolier et gazier qui sont tenues de déclarer les émissions de GES, y compris de multiples applications intermédiaires : production de pétrole et de gaz naturel terrestre et en mer, traitement du gaz naturel terrestre, compression pour le transport du gaz naturel terrestre, stockage souterrain, collecte et surpression du pétrole et du gaz naturel terrestre et pipelines de transport.

Le périmètre des émissions soumises à la redevance est basé sur les émissions déclarées de l'installation en vertu du programme GHGRP de l'EPA et sur un seuil d'émission qui varie selon le type d'installation :

• Pour les installations de production de pétrole et de gaz naturel, la taxe ne s'applique qu'au nombre de tonnes de méthane déclarées qui dépassent 0,2 % du gaz naturel mis en vente par ces installations.
• Pour les installations non liées à la production, telles que les installations de collecte et de surpression, la redevance s'applique aux émissions de méthane qui dépassent 0,05 % du gaz naturel expédié pour la vente depuis l'installation.
• Pour les installations de transport de gaz naturel, la redevance s'applique aux émissions de méthane qui dépassent 0,11 % du gaz naturel expédié pour la vente depuis l'installation.

Avec les modifications proposées au GHGRP pour tenir compte plus précisément des fuites de méthane dans les gaz d'échappement des moteurs, combinées à la charge de méthane de l'IRA, avec des émissions de méthane réduites de 90 % , les moteurs à combustion riche sont capables de répondre de manière durable aux demandes croissantes de production de combustibles fossiles, ce qui en fait le « bon moment pour la combustion riche ».