Un nouveau concept d’échange direct de chaleur aide les industries à forte intensité énergétique à réutiliser la chaleur fatale
Les industries à forte intensité énergétique sont de gros émetteurs de gaz à effet de serre en Europe, les secteurs du ciment, de la chimie et de l’acier étant en effet les principaux responsables des émissions industrielles. Trouver des solutions pour réduire la consommation d’énergie et les émissions est donc une priorité absolue. L’exploitation de la chaleur fatale favorise une économie circulaire et une réduction de la consommation d’énergie et des émissions générées par les combustibles fossiles. Le projet TASIO, financé par l’UE, a pour but de soutenir cet effort grâce à une nouvelle génération de technologie de récupération de la chaleur fatale visant des applications industrielles à forte intensité énergétique dans les industries du ciment, du verre, de l’acier et de la pétrochimie, mais tout aussi utile dans d’autres domaines.
Éliminer l’intermédiaire
Les systèmes de récupération de la chaleur fatale transfèrent la chaleur à un gaz ou à un liquide dont l’énergie thermique peut ensuite être convertie en énergie électrique ou mécanique. L’énergie produite peut être consommée directement par l’installation industrielle où elle est produite ou connectée au réseau. Le cycle de Rankine à fluide organique (ORC) est idéal pour la récupération et la réutilisation de la chaleur fatale. Au lieu d’utiliser de l’eau comme dans le cycle de Rankine ordinaire, il utilise un fluide organique dont le point d’ébullition est beaucoup plus bas. La vapeur alimente une turbine qui peut être directement couplée à un générateur pour produire de l’électricité ou à un compresseur pour comprimer l’air pour un travail mécanique. L’ORC fonctionne généralement par échange indirect de chaleur avec le fluide organique par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur. L’échange direct de chaleur fait l’objet de recherches intensives dans les secteurs de l’automobile et des transports en vue d’exploiter la chaleur des gaz d’échappement. Cependant, comme l’explique le coordinateur du projet, Pedro Egizabal de chez Tecnalia, «TASIO a été la première application de la technologie ORC basée sur l’échange direct de chaleur à des industries à forte intensité énergétique. Comparée à la technologie ORC classique, elle élimine le fluide caloporteur intermédiaire, simplifie le processus, améliore l’efficacité du transfert de chaleur et réduit les coûts de maintenance».
Une révolution en matière de durabilité
Pedro Egizabal poursuit: «Nous avons démontré avec succès la faisabilité technique et économique de la technologie ORC d’échange thermique direct pour produire jusqu’à 2 mégawatts de capacité électrique dans une cimenterie en activité. Ce système a également permis de réduire la consommation d’eau; en effet, une température de fonctionnement plus basse élimine la nécessité d’une tour de conditionnement (avec une pompe à haute pression qui fournit de l’eau pour refroidir les gaz résiduels).» En outre, l’équipe a validé un démonstrateur à petite échelle d’un module ORC de 15 kW destiné à produire de l’air comprimé. Le développement de nouvelles combinaisons revêtement/substrat en acier pour la production de composants destinés à des conditions de température plus élevées que celles d’un ORC classique a été un élément fondamental de la réussite du projet. Enfin, les chercheurs ont procédé à des analyses de faisabilité et de coût liées à l’application de la technologie ORC à une installation pilote de traitement des boues pétrochimiques.
Encourager une transition durable
Bien que les industries à forte intensité énergétique soient responsables de plus de la moitié de la consommation d’énergie de l’industrie européenne, elles produisent également des biens et des matériaux qui permettent de réduire les émissions dans d’autres secteurs comme les transports, la construction et la production d’électricité. Elles sont également essentielles à de nombreuses chaînes de valeur stratégiques. Pedro Egizabal conclut: «TASIO a exploité avec succès des procédés industriels “sales” et des gaz résiduels pour produire de l’électricité grâce à la technologie durable de l’ORC. Les politiques publiques et les mesures d’incitation qui intensifient l’utilisation de ces technologies renforceront la compétitivité et la viabilité de ces industries à forte intensité énergétique avec un impact direct et indirect sur la création d’emplois et sur l’économie.»
Mots‑clés
TASIO, chaleur, énergie, chaleur fatale, industries à haute intensité énergétique, échange de chaleur direct, récupération de la chaleur fatale, cycle de Rankine à fluide organique, ciment