Lutte contre les émissions industrielles renforcée par les technologies de réduction des émissions de CO2 et de captage du carbone
09 Aug 2021
Pour atteindre les objectifs liés au réchauffement climatique, l’industrie doit impérativement continuer à réduire ses émissions de gaz à effet de serre. Dans les secteurs à fortes émissions de CO2, les solutions GEA ont un impact significatif, en aidant les clients à réduire les émissions nocives, à améliorer leur rendement énergétique et en facilitant leur passage à une production neutre en carbone.
Les centrales électriques alimentées en combustibles fossiles, tout comme les industries de revalorisation des déchets, de l’acier, de l’aluminium, du verre, des engrais et du ciment ont un point faible commun : elles sont toutes classées dans la catégorie des industries à fortes émissions de CO2.
Le dioxyde de carbone (CO2), un des nombreux gaz à effet de serre, absorbe le rayonnement infrarouge (énergie thermique nette) émis par la surface de la Terre et le renvoie, ce qui contribue à l’effet de serre. Le CO2, le méthane et la vapeur d’eau sont les gaz à effet de serre les plus courants, mais l’ozone de surface, les oxydes nitreux et les gaz fluorés piègent également le rayonnement infrarouge. Une fois qu’ils sont relâchés, les gaz à effet de serre peuvent rester dans l’atmosphère pendant des centaines – voire des milliers – d’années.
Pour atteindre les objectifs fixés dans l’Accord de Paris, il est impératif de maintenir la température globale à 1,5°C au-dessus des niveaux pré-industriels afin de ralentir l’érosion catastrophique de l’écosystème naturel du monde. Sans y parvenir, c’est la production alimentaire, et la vie en général sur la planète qui sont menacées.
« Nous sommes collectivement responsables de la lutte contre les changements climatiques. Nous devons impérativement accélérer la cadence, intensifier notre réponse et faire en sorte que la prochaine décennie soit celle de l’action mondiale sur le changement climatique. »- Nations Unies, Rapport 2019
- Nations Unies, Rapport 2019
Les solutions GEA contribuent à une approche pluridimensionnelle de la réduction des émissions de CO2 et contribuent à une économie circulaire du carbone
Pour répondre à la demande urgente de réduction des émissions dans le monde, GEA a mis en place une équipe qui a pour mission de faire progresser la réduction des émissions de CO2 au sein des industries à fortes émissions, en se focalisant plus particulièrement sur :
- une augmentation du rendement énergétique de la production et des procédés de contrôle des émissions
- des solutions pour faciliter le captage, le stockage et l’utilisation du carbone
Depuis plus d’un siècle, GEA est l’un des leaders mondiaux dans le développement, la conception et l’installation de systèmes et de technologies de contrôle des émissions pour des clients des industries des procédés. Ce portefeuille diversifié comprend :
- des technologies d’épuration des gaz pour les industries du fer et de l’acier, des métaux non-ferreux, du verre, du ciment et des produits chimiques
- des solutions d’épuration des gaz des installations de craquage catalytique en lit fluidisé dans les raffineries
- des épurateurs humides, semi-secs et secs pour garantir une grande pureté de l’air d’échappement
Augmentation du rendement énergétique de la production et des procédés de contrôle des émissions
Pour atteindre les objectifs du climat mondial, il est impératif d’utiliser la chaleur excédentaire provenant de procédés industriels comme la production de verre et de ciment. Ce qui exige l’intégration d’une unité de récupération de la chaleur perdue (WHRU), une alternative plus durable que le rejet simple de la chaleur dans l’atmosphère – ou le refroidissement des gaz par injection d’eau. Avec cette dernière méthode, par exemple, une précieuse puissance thermique est soit perdue, soit disponible à une température nettement moins désirable.
Cette chaleur récupérée peut être utilisée dans le procédé de traitement de l’air ou la production d’énergie. Elle peut également servir à produire de l’air comprimé nécessaire au procédé de production ou être dévié vers les réseaux de chauffage urbain ou autres procédés de séchage.
Le producteur de ciment, et client GEA, Heidelberger Cement va bientôt mettre en service une unité WHRU. Le système récupérera la chaleur du procédé générée pendant le refroidissement du clinker et la déviera vers un séchoir, pour ramener environ 70 000 tonnes de boues d’épuration décantées provenant des installations de traitement régionales à 90% de solides secs par an. Avec une valeur calorifique de 11 à 13 mégajoules par kilo, les solides seront conservés sur site et utilisés comme énergie verte pour l’usine, en remplacement d’un volume significatif de combustible fossile. Cette solution fait partie de l’objectif que l’entreprise s’est fixée de réduire les émissions de CO2 de 30% d’ici 2025 et de produire du béton neutre en CO2 d’ici 2050.
En 2012, GEA a apporté son concours au producteur austro-allemand Rohrdorf Zement en l’aidant à mettre en place le premier système au monde de dénitrification en fin de cycle pour la production de ciment. L’installation se compose d’une unité de récupération de la chaleur perdue (WHRU) de GEA et d’un circuit de transfert permettant la réutilisation de la chaleur sur le site.
Le fabricant de verre Saint Gobain à Pise, en Italie, utilise une unité WHRU de GEA et une centrale électrique ORC (cycle organique de Rankine) pour récupérer la puissance thermique de son fourneau. Sur site, cette énergie est :
- utilisée par le système de chauffage pour chauffer les bâtiments
- convertie en électricité pour alimenter le réseau interne de l’usine
- convertie en air comprimé pour alimenter plusieurs machines pneumatiques
L’entreprise économise ainsi environ 5000 tonnes de CO2 et près d’un million de dollars en coûts d’électricité par an sur ce site.
Une unité ORC est un très bon choix pour réduire significativement les émissions de CO2, en particulier dans les installations qui alimentent l’ORC en énergie thermique fluctuante. Ce qui inclut les applications du verre et le côté refroidissement de clinker dans les cimenteries. En outre, une unité ORC ne génère pas d’émissions de CO2 supplémentaires.
Faciliter le captage, le stockage et l’utilisation du carbone
Les technologies de captage, de stockage et d’utilisation du carbone (CCS/CCU) consistent à piéger le CO2 la où il est produit dans les usines et les centrales électriques alimentées en combustibles fossiles. Dans certaines industries, les émissions de CO2 liées à l’énergie s’accompagnent d’émissions liées aux procédés, provenant de la conversion de la matière première proprement dite (par exemple, CaCO3 → CaO dans l’industrie du ciment) et ne peuvent par conséquent pas être évitées en réduisant la demande en énergie des procédés ou en passant à des combustibles alternatifs. La capture du CO2 avant son relâchement en atmosphère, en vue de l’utiliser ou de le stocker, représente une option viable, vitale pour minimiser l’effet de serre.
Les technologies de contrôle des émissions de GEA répondent à toutes les conditions-cadres pour la transition à l’épuration de CO2, c’est-à-dire le procédé consistant à séparer le dioxyde de carbone des gaz d’échappement. Mais avant que cela soit possible, il faut commencer par nettoyer le gaz. Pour garantir l’efficacité du système de séparation du CO2 (par exemple, via l’épuration par l’amine) et une grande longévité du support d’absorption, les installations de séparation du CO2 ont besoin de gaz d’évacuation ultra propres.
La première étape est le pré-traitement et la purification des particules fines, pour laquelle GEA propose diverses solutions pour éliminer les polluants, notamment les oxydes sulfuriques et nitriques. Dès que les gaz résiduaires sont propres, la séparation de CO2 peut commencer. Afin que la production ne soit pas impactée par le procédé, GEA recommande les procédés de séparation de CO2 en fin de cycle.
Étant donné l’importance de disposer de canaux d’utilisation stables, prévisibles et flexibles pour le CO2 capturé, il est recommandé aux producteurs de choisir ces canaux avant d’opter pour un procédé de séparation et une installation. GEA propose des petites et moyennes installations de CO2 pour un maximum de flexibilité, afin de permettre aux clients de produire du CO2 de classes de pureté variables et de fabriquer divers produits via la même unité dé séparation ; en ce inclus des solutions qui utilisent des carbonates, des amines et, dans le futur, de l’ammoniac.
Le CO2 capturé pendant les procédés industriels – ou extrait de l’atmosphère – peut être utilisé plutôt que d’extraire le carbone des sources fossiles. Le CO2 capturé est déjà dévié pour réutillisation dans de nombreuses applications et industries, y compris :
- la récupération assistée de pétrole et de gaz (EGR) (CO2 est injectée dans des gisements épuisés pour exploiter un plus haut degré de pétrole/gaz)
- la production de boissons gazeuses
- le durcissement du ciment
- la matière première pour la production chimique de plastiques ou de e-carburants (par exemple, méthanol)
- la culture d’algues destinées à l’alimentation commerciale des poissons
Pour relever les défis mondiaux, il faut un partenaire expérimenté
En traitant avec GEA, les clients auront la certitude d’être accompagnés par un leader mondial, bénéficiant de plusieurs dizaines d’années d’expérience dans les technologies de réduction des émissions. Grâce à sa connaissance approfondie de l’industrie et à sa compréhension scientifique des propriétés gazeuses, GEA est en mesure de concevoir des systèmes de contrôle des émissions à plus longue durée de vie. Nos solutions de récupération de la chaleur perdue et de purification des particules fines dans les flux de gaz, y compris la séparation thermique, sont utilisées par des clients du monde entier pour satisfaire – et souvent dépasser – les exigences légales en matière d’émissions, avec la plus basse consommation d’énergie possible.
« Pour résoudre nos problèmes climatiques, la première étape est d’accepter la nécessité et l’urgence. Les décideurs et toutes les parties prenantes doivent avoir le courage et la volonté de coopérer – en appliquant les solutions adéquates pour les émetteurs individuels; » - Felix Ortloff, Responsable des Systèmes d’épuration, GEA
- Felix Ortloff, Responsable des Systèmes d’épuration, GEA
Payer le prix des émissions de CO2
La « tarification du carbone » fait référence aux initiatives qui fixent un prix explicite des émissions de gaz à effet de serre – exprimées en valeur par tonne d’équivalent dioxyde de carbone (tCO2e). La fixation d’un prix des émissions de carbone a pour objectif de provoquer un changement de comportement, débouchant sur une réduction des émissions. Le prix réel du carbone est la somme des divers instruments basés sur le marché (par exemple, la taxe énergie spécifique, la taxe carbone et les prix des quotas d’émissions). La taxe carbone est un instrument basé sur le prix. Autant la taxe est faible dans certains pays, autant elle est nettement plus élevée dans d’autres, comme la Suède (126 $ US par tonne). Le prix des quotas des émissions est un instrument basé sur le volume, qui détermine le coût de participation aux systèmes d’échange des quotas (ETS).
Alors que les industries trouvent des moyens de passer à des sources d’énergie renouvelable, il reste essentiel d’investir dans les technologies de réduction des émissions de CO2 et de recyclage. Avantages clés :
- réduction des émissions de gaz à effet de serre
- réduction de la taxe carbone
- sources de revenus provenant de la vente de CO2 et de produits à base de CO2
- réduction des coûts de l’énergie et de la taxe carburant grâce à la récupération de la chaleur perdue
