Efficacité énergétiqueComment une nouvelle technologie peut permettre de construire des usines sans cheminée
Résumé
L'article détaille les travaux du professeur Hussam Jouhara sur l'économiseur à condensation par caloduc (HPCE), une technologie créée dans le cadre du projet iWAYS financé par le programme Horizon 2020 de l'UE. Le HPCE est conçu pour réduire la consommation d'énergie et les émissions industrielles en récupérant la chaleur résiduelle et l'eau des gaz d'échappement des usines, améliorant ainsi l'efficacité et le respect de l'environnement. La variabilité de la composition des flux d'échappement a constitué un défi majeur lors de la mise au point du système, qui a été relevé grâce à des mesures chimiques précises et à la conception d'un système permettant de traiter les condensats acides et corrosifs. Le système HPCE est capable de récupérer jusqu'à 80 % de chaleur en plus par rapport aux usines dépourvues de cette technologie et récupère également l'eau vaporisée, ce qui contribue à réduire l'empreinte carbone et le gaspillage d'eau. Ce système a été mis en œuvre avec succès dans un environnement industriel difficile sur le site de démonstration d'Alufluor en Suède, avec pour objectif de récupérer au moins 40 % de l'énergie totale consommée. Le système HPCE offre un processus d'émission mieux contrôlé, bénéfique en particulier pour l'industrie chimique réglementée en raison de son efficacité énergétique accrue et de son potentiel de récupération des matériaux. Jouhara aspire à une adoption généralisée de cette technologie, envisageant des usines sans cheminées n'émettant que des gaz sûrs, apportant ainsi des améliorations environnementales significatives.
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Comment une nouvelle technologie peut permettre de construire des usines sans cheminée
Cet entretien avec le professeur Hussam Jouhara, directeur scientifique et technique du projet iWAYS, porte sur le développement de l'économiseur à condensation par caloduc (HPCE). Jouhara évoque les défis et les succès rencontrés dans la création de cette technologie, qui réduit considérablement la consommation d'énergie et les émissions industrielles en récupérant la chaleur et l'eau perdues. Soutenu par le programme Horizon 2020 de l'UE, le HPCE a le potentiel de transformer les pratiques industrielles, en rendant les usines plus efficaces et plus respectueuses de l'environnement.
Qu'est-ce qui vous a incité à développer l'économiseur à condensation par caloducs ?
"Dans l'industrie, toute amélioration de l'efficacité est la bienvenue, surtout avec les coûts énergétiques actuels. Le projet iWAYS s'inscrit dans le prolongement d'un projet antérieur appelé ETEKINA, dans le cadre duquel nous avons démontré la valeur de la technologie des caloducs pour récupérer la chaleur perdue et la rendre utilisable dans l'usine, ce qui a permis de réaliser des économies directes sur la consommation de carburant. iWAYS vise davantage à tirer parti de ce succès et à l'améliorer de manière significative. C'est ce qui m'a le plus motivé lorsque j'ai eu l'idée du Heat Pipe Condensing Economiser (HPCE)".
"Avec le projet iWAYS, je bénéficie du soutien de nombreux partenaires. Chacun d'entre eux a un rôle à jouer. Avec un projet aussi compliqué, il ne peut être réalisé sans le soutien apporté par le programme Horizon 2020 de l'UE."
À quels défis avez-vous été confronté lors de la conception du HPCE ?
"Les difficultés viennent de la fiabilité des données fournies par les usines. Dans chaque usine, la composition des flux d'échappement n'est jamais la même.
"Nos partenaires de projet nous ont aidés à relever ce défi en effectuant des mesures très précises de la composition chimique des gaz d'échappement. Cela m'a permis de concevoir correctement l'économiseur de condensation à caloduc. Il est également important de trouver une utilisation efficace de la chaleur récupérée dans l'usine. Nous avons donc travaillé avec les opérateurs de l'usine pour trouver des utilisations de la chaleur qui nous permettent d'économiser du carburant parce que la chaleur est déjà disponible.
"Dans l'économiseur à condensation par caloduc, nous condensons l'eau impure du flux d'échappement. Il contient également des condensats acides corrosifs et d'autres contaminants qui sont habituellement rejetés dans la cheminée. Nous les capturons maintenant sous forme liquide. Le défi consistait à neutraliser ce flux et à rendre cette eau à nouveau utilisable. Là encore, les partenaires du consortium ont mis au point des systèmes capables de traiter cette eau et de la rendre à nouveau utilisable".
Comment la HPCE peut-elle réduire les ressources nécessaires à une installation industrielle ?
"La HPCE récupère la chaleur perdue jusqu'à 80 % de plus qu'une usine qui en serait dépourvue. La plus grande réussite est la réduction de l'empreinte carbone grâce à la récupération de la chaleur générée par la combustion de combustibles fossiles. La deuxième grande réussite de l'économiseur à condensation est la récupération de l'eau qui aurait été contenue dans la vapeur et qui serait remontée par la cheminée.
"Lorsque nous condensons cette vapeur, nous obtenons une solution composée principalement d'eau, mais aussi des actifs qui se sont condensés au cours du processus. Il est possible de les traiter de manière beaucoup plus efficace et d'essayer de recycler ces matériaux à partir de cette solution liquide plutôt que de la solution gazeuse.
Le système HPCE est installé sur le site de démonstration d'Alufluor, un producteur de fluorure d'aluminium situé à Helsingborg, en Suède. Que se passe-t-il là-bas ?
"C'est le meilleur cas de démonstration dont nous puissions rêver pour l'économiseur à condensation, en raison de l'environnement très difficile dans lequel il fonctionnera. Nous avons en effet affaire à des produits chimiques très agressifs dans le flux d'échappement, ce qui nécessite une sélection très rigoureuse des matériaux. Notre objectif est de récupérer au moins 40 % de l'énergie totale consommée".
"Nous avons étudié une conception rentable et démontré que pour un environnement aussi difficile, il est possible de concevoir un économiseur à condensation de manière modulaire et flexible.
"Depuis le 1er août 2024, le HPCE a été validé. Il fonctionne depuis et fournit toute la chaleur nécessaire au système d'eau chaude dont l'usine a besoin pour sa production."
Quel est, selon vous, le principal avantage des HCPE pour la production industrielle à forte consommation d'énergie ?
"Jusqu'à présent, il n'existait pas d'économiseurs à condensation viables à partir des flux d'échappement. Ce que nous avons démontré aujourd'hui, c'est qu'il est possible de le faire en utilisant les matériaux et les connaissances existants. Les caloducs permettent également un fonctionnement plus sûr, de multiples éventualités, une conception modulaire et une géométrie flexible. Nous pouvons maintenant montrer à l'industrie qu'il existe une solution. Ce que les entreprises voient s'échapper par leurs cheminées dans l'atmosphère peut être arrêté, et nous pouvons le condenser et le traiter à la place. C'est une situation gagnant-gagnant pour tout le monde.
"Cela permet à l'industrie de mieux contrôler les émissions. Je pense que l'industrie chimique en particulier fera un très bon usage de l'économiseur de condensation, car il viendra s'ajouter à l'efficacité énergétique, au recyclage de l'eau et à la récupération des matériaux. On peut appliquer la même chose à n'importe quelle autre industrie, mais je pense que c'est l'industrie chimique, fortement réglementée, qui en bénéficiera le plus.
Quelle différence cela fera-t-il si de plus en plus d'industries mettent en œuvre cette technologie ?
"L'économiseur à condensation par caloduc a été conçu pour les usines sans cheminée. C'est un concept sur lequel je travaille depuis 2013. Je rêve d'une usine où l'on pourra respirer les gaz d'échappement qui en sortent. Il n'y aura pas de fumées, seulement des gaz sûrs. Avec le succès de notre première installation à Alufluor, je pense que nous sommes presque arrivés à faire de ce rêve une réalité."
