5 sources d'énergie auxquelles vous n'avez jamais pensé

Chaque jour, un surplus de chaleur est rejeté dans l'environnement, contribuant au réchauffement de la planète et gâchant les chances de produire de l'énergie propre. Les possibilités de la récupérer et de la réutiliser se trouvent dans des endroits tels que les grandes installations industrielles, mais aussi dans les allées de votre supermarché local.

On estime que moins de 30 % de l'énergie consommée sur la planète est convertie efficacement. Le reste est rejeté dans l'atmosphère sous forme de chaleur résiduelle. Non seulement cette chaleur résiduelle pollue, mais elle représente aussi des occasions manquées d'obtenir de l'énergie verte ou, au moins, d'augmenter l'efficacité énergétique.

Selon la technologie et l'application qui leur sera donnée, il n'est pas nécessaire que les températures soient excessivement élevées pour que la chaleur soit captée et réutilisée. Cela se traduit par un large éventail de sources potentielles de chaleur excédentaire que l'on peut trouver dans des lieux aussi vastes et complexes qu'un parc industriel, mais aussi dans des halls d'université ou même des foyers.

Voici cinq sources d'énergie auxquelles vous n'avez probablement pas pensé. Pourtant, elles ont un grand potentiel et il est encore possible d'en tirer le meilleur parti :

1. LES CIMENTERIES

Après l'eau, le ciment est la ressource la plus utilisée dans le monde, avec une production annuelle de 4,2 milliards de tonnes. Son processus de production consiste à brûler du calcaire et de l'argile broyés dans des fours qui atteignent une température de 1450°C, ce qui fait de l'industrie du ciment une énorme source potentielle de chaleur excédentaire.

Dans son usine située dans la ville de Souselas, CIMPOR-Indústria de Cimentos, le plus grand producteur de ciment du Portugal, récupère déjà une partie de la chaleur résiduelle des gaz émis par les fours. Toutefois, Paulo Rocha, directeur de l'innovation et de la durabilité de l'entreprise, estime qu'il existe encore de nombreuses autres possibilités inexplorées de récupérer la chaleur dans ces installations. "Bien que le processus de combustion dans un four à ciment soit l'un des plus efficaces, une quantité importante de chaleur est encore perdue dans la tour de préchauffage, dans le refroidisseur de clinker ou même par rayonnement. Nous pourrions encore améliorer l'efficacité", dit-il. "Le principal problème est que le délai de récupération de ces investissements est généralement très long et ne correspond pas aux chiffres du taux de rendement interne traditionnellement admis pour les investissements."

La CIMPOR est intéressée par l'optimisation des processus de récupération de la chaleur à Souselas en utilisant une partie de cette chaleur pour produire de l'énergie électrique à usage interne ou pour le réseau, ainsi que par l'exploration des chances de devenir un fournisseur pour d'autres entreprises ou institutions. En ce sens, la plateforme EMB3Rs jouera un rôle important dans la recherche de synergies avec d'autres secteurs et de solutions rentables. "Ce projet développe un outil pour concevoir un réseau qui connectera les puits (consommateurs) avec les sources en fonction de leur disponibilité et de leurs besoins", explique Rocha. "Mais la plateforme est également intéressante car elle nous permettra de simuler des possibilités basées sur les technologies futures. Cela nous permettra d'envisager de nouvelles technologies, notamment celles liées à la réduction des émissions de CO2".

2. LES REFROIDISSEURS DANS LES SUPERMARCHÉS

Outre les poulets, les œufs et le lait, votre supermarché local pourrait également offrir une source d'énergie propre pour chauffer votre maison. C'est en tout cas l'une des possibilités que des chercheurs de l'Université technique du Danemark (DTU) étudient à Copenhague dans le cadre du projet EMB3Rs.

Les supermarchés doivent faire fonctionner des systèmes de réfrigération en permanence, à tel point que le refroidissement représente plus de la moitié de leur consommation d'électricité. Au lieu de consacrer toute cette électricité à éloigner la chaleur des aliments, cette chaleur ne pourrait-elle pas être détournée pour répondre à d'autres besoins énergétiques ? C'est ce que fait Danfoss, une entreprise danoise spécialisée dans le chauffage et la climatisation, grâce à des unités de récupération de chaleur qui récupèrent 95 % de la chaleur excédentaire générée par les refroidisseurs des supermarchés et l'envoient dans des réseaux de chauffage urbain. L'un des établissements utilisant cette technologie dans le district de Nordhavn sera au cœur de l'étude de la DTU. Il fournira des données permettant de réaliser des simulations et de déterminer comment cet excédent de chaleur peut être réutilisé efficacement par les ménages de la région.

"Nous analyserons les données recueillies auprès du supermarché et de 30 appartements situés à proximité, qui contiennent des profils thermiques pour la chaleur excédentaire, le chauffage des locaux et la consommation d'eau chaude sanitaire", explique Tiago Sousa, chercheur post-doctoral à DTU qui participe au projet. "Nous prévoyons de calculer la quantité de chaleur excédentaire qui peut être utilisée par les consommateurs et la rentabilité de cet échange, tant pour le supermarché que pour les consommateurs."

C'est ainsi que l'excédent de chaleur produit par les refroidisseurs d'un supermarché peut finir par fournir du chauffage et de l'eau chaude pour les appartements au lieu d'être rejeté dans l'atmosphère, où il contribue au réchauffement climatique. Au Royaume-Uni, par exemple, on estime que les systèmes de réfrigération commerciale sont responsables d'environ 12 % des émissions de carbone du pays. "Imaginez le nombre énorme de supermarchés que nous avons dans les villes", dit Sousa, "en capturant autant de chaleur résiduelle, cela deviendra une mesure importante pour atteindre l'efficacité énergétique."

3. ENTREPRISES DE COULÉE DE MÉTAUX

Comme pour le ciment, le moulage des métaux implique des processus où les températures dépassent 1000°C, ce qui offre de grandes possibilités de réutilisation de la chaleur. L'une des études de cas où la plateforme EMB3Rs sera testée est une usine de coulée de métaux au Royaume-Uni qui ne dispose pas actuellement de systèmes de récupération de la chaleur excédentaire, gaspillant 10,5 gigajoules chaque année. "Cela reviendrait à fournir de l'énergie à 30 maisons par an", explique Stuart Bradley, ingénieur principal à l'université de Warwick, qui dirigera les recherches.

"C'est une source de chaleur qui est juste éjectée dans l'environnement en ce moment. Il s'agit de grands moules de huit à dix tonnes, que l'on laisse refroidir naturellement", explique M. Bradley. "Ce que nous essayons de faire, c'est de formuler une méthode pour capturer la chaleur, plutôt que de simplement refroidir les moules avec de l'eau ou de l'air, et l'outil EMB3Rs nous aidera à comprendre la valeur de cette chaleur et où elle peut être redéployée."

Il existe deux types de moulages, l'un en bronze d'aluminium et l'autre en acier. La production de ces deux métaux nécessite des températures très élevées, de sorte que les moulages peuvent atteindre 1000°C lorsqu'on les laisse refroidir. "Nous plaçons l'échangeur de chaleur juste au-dessus du moulage, puis nous soufflons l'air du moulage à travers l'échangeur de chaleur", explique Bradley. "Donc, dans notre cas, l'entreprise de moulage décidera de réutiliser la chaleur résiduelle pour réchauffer la charge d'alimentation, la matière première qui entre dans le four, ou de la convertir en électricité, qui peut être distribuée dans tout le pays."

4. EAU CHAUDE RÉSIDUELLE INDUSTRIELLE

Dans les pays à revenu élevé, le secteur industriel est responsable de 59 % de la consommation d'eau. Les usines et les fabriques l'utilisent pour le traitement, le lavage, la dilution ou le refroidissement. Il en résulte un sous-produit indésirable, les eaux usées, qui nécessite un traitement si l'on veut s'en débarrasser de manière respectueuse de l'environnement.

Néanmoins, dans de nombreux cas, ces eaux usées sont à une température suffisamment élevée pour servir de source d'énergie. "La chaleur peut être récupérée à partir des eaux usées industrielles via des échangeurs de chaleur et transférée du producteur au consommateur", explique George Goumas, expert principal en énergie au Centre for Renewable Energy Sources and Energy Saving (CRES). "La faisabilité technique et économique de la mise en œuvre d'une telle mesure dépendra de divers facteurs."

La température à laquelle les eaux usées peuvent encore être utiles, la distance entre les fournisseurs et les consommateurs, le coût et le délai maximal de récupération sont quelques-uns des facteurs que l'équipe de M. Goumas analysera à l'aide de la plateforme de l'EMB3R dans la deuxième zone industrielle de la ville de Volos, dans l'est de la Grèce. "Nous étudierons la faisabilité technique et économique de la mise en œuvre d'un système de réseau de chaleur qui distribuera l'excédent de chaleur rejeté par les entreprises de cette zone industrielle à d'autres entreprises ayant des demandes de chaleur dans le même parc industriel", explique-t-il. L'excédent de chaleur dans cette zone où les industries consomment beaucoup d'énergie devrait dépasser la demande locale ; le projet évaluera donc également les chances d'étendre le système de distribution de chaleur à une ville voisine.

Selon M. Goumas, il s'agit d'une forme sûre de recyclage de l'eau chaude dont les industries n'ont plus besoin. "Il n'y a aucun risque pour la santé humaine, car la chaleur résiduelle produite par les sources de chaleur est transférée via des échangeurs de chaleur vers le réseau de canalisations de distribution d'eau chaude. La chaleur résiduelle n'entre pas en contact avec l'eau du réseau de distribution de chaleur car l'échange de chaleur s'effectue dans des échangeurs de chaleur en circuit fermé".

5. INCINÉRATEURS DE DÉCHETS

L'incinération peut contribuer à réduire jusqu'à 90 % le volume des déchets que nous éliminons dans les décharges. C'est également un moyen sûr de se débarrasser de résidus dangereux. Mais y avez-vous déjà pensé en tant que moyen de produire de l'électricité et de la chaleur ?

C'est une pratique très courante en Norvège, où les réseaux de chauffage urbain s'appuient largement sur l'excédent de chaleur provenant de l'incinération des déchets. Elle reste cependant rare dans les pays plus chauds comme le Portugal, où une seule zone dispose d'un système de chauffage et de refroidissement urbain (SCA) : Parque das Nações, à Lisbonne. Mais cela pourrait bientôt changer. Le système de chauffage et de refroidissement urbain du Parque das Nações est encore largement dépendant d'un combustible conventionnel, malgré une centrale de trigénération à haut rendement, explique João Castanheira, PDG de Climaespaço, la société qui exploite les installations. "Nous devons trouver de meilleures alternatives et l'une des options les plus intéressantes est d'utiliser la chaleur excédentaire d'un incinérateur de déchets situé pas très loin de notre terrain", dit-il.

"Ils brûlent les déchets dans une chaudière qui produit de la vapeur et ils utilisent cette vapeur pour faire tourner une turbine. Une partie de la vapeur pourrait être acheminée vers un échangeur de chaleur, où elle pourrait produire de l'eau chaude qui serait utilisée pour nous apporter de l'énergie", explique Castanheira. Il estime que ce procédé pourrait couvrir jusqu'à 90 % des besoins en chauffage du DHC, qui vend au total 40 gigawattheures par an à de nombreuses entreprises, à des bâtiments publics et à 3 000 ménages raccordés à son réseau de 21 kilomètres. Mais Climaespaço est également à la recherche d'autres fournisseurs potentiels. "L'incinérateur est une forte possibilité, mais nous comptons sur les EMB3R pour nous aider à trouver d'autres sources de chaleur excédentaire, comme des installations industrielles situées à proximité", explique M. Castanheira.

L'utilisation de toutes ces sources d'énergie excédentaire cachées contribuera à faire avancer la transition énergétique et à économiser beaucoup de CO2.

Auteur : Stefania Gozzer