SIMPLE OPERATIONAL RESEARCH MODEL WITH CO2 AIR CAPTURE

Différents scénarios obtenus à l'aide du modèle SORMAC-22 seront présentés et mis-à-jour régulièrement sur notre site.

• Explorer un scénario climatique de référence (BAU)
• Explorer à l'aide du modèle SORMAC-22 un scenario limitant à 2 degrés C l'augmentation de température avec une pénétration modérée des technologies CDR/DAC.
• Explorer à l'aide du modèle SORMAC-22 un scénario avec un budget d'émissions cumulées de 1170 Gt de CO2 et une possibilité plus important de capture directe du CO2 dans l'atmosphère (DAC) et l'établissement d'un marché mondial de droits d'émission.

est un modèle simplifié, basé sur les techniques de la recherche opérationnelle, qui permet de construire des scénarios de croissance économique à long terme, sous contrainte environnementale limitant l'augmentation de la température atmosphérique. L'objectif de ce modèle est d'illustrer le rôle des technologies CDR/DAC dans la réalisation des objectifs à long terme de l'accord de Paris.

SORMAC-23 est une extension du modèle décrit dans [F. Babonneau, A. Haurie, M. Vielle, Reaching Paris Agreement goal through carbon removal development : A compact OR model. Operations Research Letters, https://doi.org/10.1016/j.orl.2022.11.002], un modèle de croissance économique à long terme pour trois régions du monde formant des coalitions dans les négociations climatiques : l'OCDE, les pays émergents BRIC, et le reste du monde en développement ROW.

Il est désormais bien établi que pour atteindre les objectifs de l'accord de Paris, les pays industrialisés devraient parvenir à un régime d'émissions nettes nulles d'ici 2050 ou 2070 au plus tard (voir par exemple S. Bouckaert et et al. Net Zero by 2050 : a Roadmap for the Global Energy Sector. Agence internationale de l'énergie, 2021). Les technologies de réduction directe du CO2 (CDR), en particulier les technologies BECCS (Biomass Energy with Carbon Capture and Sequestration) et DAC (Direct Air Capture) avec séquestration, joueront alors un rôle important dans la production d'émissions "négatives" pour compenser les émissions dues à l'utilisation restante de combustibles fossiles.

Différentes régions du monde ont accès à de grands réservoirs pour stocker le CO2 et à une source d'énergie propre et bon marché pour faire fonctionner les activités de CDR. Dans certains scénarios (voir par exemple F. Babonneau, A. Badran, M. Benlahrech, A. Haurie, M. Schenckery, and M. Vielle. Economic assessment of the development of CO2 direct reduction technologies in long-term climate strategies of the gulf countries. Climatic Change, 165(64):1–18, 2021), on envisage un niveau mondial d'émissions négatives de l'ordre de 10 Gt de CO2 capté par an, ce qui est énorme. Les émissions négatives deviendraient alors une nouvelle ressource importante échangée sur un marché international du carbone.

L'originalité du modèle proposé réside dans l'utilisation de fonctions de production CES emboîtées pour décrire (i) la production d'un bien économique général, (ii) la production d'énergie secondaire renouvelable et fossile, et, (iii) les activités CDR/DAC, respectivement.

Une structure d'optimisation dynamique est proposée, où les variables d'état sont les stocks de capital et le budget d'émission cumulé de sécurité restant à chaque étape du temps. Les variables de contrôle sont les décisions d'investissement et l'offre de droits d'émission sur le marché international du carbone.

Voir le rapport technique.

Nous avons également emprunté une fonction de dommage à DICE-2014. Elle définit la perte de PIB, en %, comme une fonction quadratique de l'augmentation de la température. Cette fonction définit uniquement la perte dans l'économie marchande. Elle est utilisée pour faire fonctionner le modèle en mode coût-bénéfice.
Pour limiter tous les dommages, économiques et écologiques, il est préférable de faire fonctionner le modèle en mode coût-efficacité en imposant une limite supérieure soit à l'augmentation de la température (c'est-à-dire 2° C), soit au budget d'émissions cumulées restant (c'est-à-dire 1170 Gt CO2).
Selon la notation de DICE, les dommages sont définis par les deux équations suivantes:

SORMAC-23 comprend un module climatique tiré de DICE-2014. Il s'agit d'un modèle multicouche de réchauffement des océans, avec une augmentation de la température atmosphérique déclenchée par la concentration accumulée de GES qui définit un forçage radiatif.
Le modèle climatique est calibré comme dans DICE-2014. Il est intéressant de noter que nous avons observé que le budget de sécurité d'un trillion de tonnes de carbone produit, avec ce modèle, une augmentation de la température (SAT) d'environ 2° C. Ceci est cohérent avec les publications récentes concernant le budget d'émissions cumulées de sécurité.

damfraceq(t) .. DAMFRAC(t) =E= (a1*TATM(t))+(a2*TATM(t)**a3) ;

dameq(t).. DAMAGES(t) =E= YGROSS(t) * DAMFRAC(t);

a1 Damage intercept /0 /

a2 Damage quadratic term /0.00267 /

a3 Damage exponent /2.00 /

Nous utilisons des fonctions de production à élasticités de substitution constantes (CES).

Un bien économique maléable Y est produit à l'aide de trois facteurs, le capital K0 la main-d'oeuvre L0 et l'énergie E0.

Découvrez la représentation du progrès technique.

Les émissions négatives sont obtenues par capture directe du CO2 dans l'air (CDR/DAC). Ces technologies requièrent du capital (K3) de la main d'oeuvre (L3) et de l'énergie (E3).

L'énergie utile E0+E3 est fournie par des productions d'énergie secondaire d'origine fossile (enf0) ou renouvelable (enr). Les énergies d'origine fossiles requièrent du capital (K1), par exemple les centrales électriques, et des sources d'énergie fossile primaire (enf1). Les énergies d'origine renouvelable requièrent essentiellement du capital (K2), c'est-à-dire de l'équipement.

Les sources d'énergie fossile sont le pétrole (oil), le gaz naturel (gas) et le charbon (coal). C'est aussi la source principale des émissions de gaz à effet de serre (GES).

L'année de reference est 2014.

[1]  A. Aguiar, M. Chepeliev, E. Corong, R. McDougall, and D. van der Mensbrugghe. The GTAP data base: Version 10. Journal of Global Economic Analysis, 4(1):1–27, 2019.