La prochaine révolution solaire pourrait alimenter la production de ciment avec la lumière du soleil
Les processus industriels qui sous-tendent la civilisation moderne sont complexes et variés. Ils ont cependant un point commun: ils nécessitent de grandes quantités de chaleur, dont la production nécessite des quantités impressionnantes de combustible. La chaleur est essentielle aux opérations industrielles, mais elle est aussi une source ignorée et croissante d’émissions de gaz à effet de serre.
Et si nous pouvions utiliser la chaleur du soleil à la place?
Le projet SOLPART, financé par l’UE, est un bon exemple de la manière dont l’énergie solaire thermique ouvre la voie à de nouvelles applications en dehors du domaine principal de la technologie, à savoir la production d’électricité ou le chauffage de l’eau. L’énergie solaire thermique peut également fournir une chaleur sans émission de carbone pour une grande variété de processus industriels. Les chercheurs ont réussi à concevoir deux réacteurs solaires différents fonctionnant chacun à 750-950 °C pour traiter plusieurs matières premières utiles à l’industrie, telles que le calcaire, le phosphate et la farine crue de ciment. Ces réacteurs solaires consistaient en un four rotatif et un lit fluidisé (quelque chose qui ressemble à un hachoir à viande pour les roches). SOLPART a également mis en service un réacteur pilote d’une puissance comprise entre 40 kW et 60 kW, capable de traiter 20 kg/h de carbonate de calcium (CaCO3). La décomposition par chauffage à haute température (calcination) du CaCO3 en chaux (CaO) et en CO2 est la première étape de la production de ciment. La qualité de la chaux solaire produite par la calcination du CaCO3 à l’échelle pilote correspondait aux normes de qualité industrielles. En outre, pour la première fois, les chercheurs ont démontré la réussite de la calcination du phosphate marocain à l’échelle pilote à l’aide d’un réacteur à lit fluidisé, avec des taux de conversion supérieurs à 99 %.
La chaleur solaire pourrait remplacer les combustibles fossiles dans la production de ciment et de chaux
SOLPART utilise l’énergie solaire comme substitut à l’énergie issue des combustibles fossiles dans le traitement des matériaux industriels. L’approvisionnement en chaleur représente 40 % des émissions de CO2 libérées par la calcination du CaCO3, lesquelles peuvent être entièrement évitées en remplaçant les combustibles fossiles par la chaleur solaire», explique Gilles Flamant, coordinateur du projet. Le concept qui sous-tend la technologie solaire thermique est d’une simplicité déconcertante. La lumière du soleil est captée et focalisée par des miroirs sur un récepteur thermique. Les chercheurs du projet ont évité l’étape de la production d’électricité qui consiste à chauffer un fluide. Ils ont privilégié l’utilisation de la chaleur solaire pour alimenter directement (ou indirectement en utilisant une paroi absorbante) un réacteur à four rotatif et un lit fluidisé. La production conventionnelle de ciment consiste à chauffer un mélange de calcaire (CaCO3) et d’autres ingrédients à des températures allant jusqu’à 1 500 °C en utilisant de grandes quantités de combustibles carbonés. «Des températures aussi élevées peuvent être difficiles à atteindre pour l’instant à l’aide de l’énergie solaire thermique (énergie solaire concentrée). Mais la première étape du processus de fabrication du ciment (la décomposition du CaCO3) requiert des températures plus basses, d’environ 900 °C. Et c’est à ce stade que se produisent la plupart des émissions de CO2», explique Gilles Flamant. Pour l’instant, le système pilote de SOLPART demeure une impressionnante validation expérimentale d’un concept futuriste. L’alimentation de la production de ciment par la lumière du soleil exige une certaine forme de stockage d’énergie afin de ne pas dépendre de la présence du soleil. Cela exigerait également de chauffer beaucoup plus de calcaire, passant de quelques kilogrammes dans le cadre de ce projet, à plusieurs tonnes par jour.
Mots‑clés
SOLPART, ciment, chaux, calcination, chaleur solaire, CO2, lit fluidisé, four rotatif, calcaire