Limiter le changement climatique grâce à l’innovation dans le domaine du chauffage urbain
27 Jun 2022
Le monde se réchauffe et il est indéniable que nous devons tous réduire considérablement nos émissions de dioxyde de carbone (CO2) pour mieux protéger notre planète. Quel rôle peut donc jouer GEA en appliquant nos technologies à des projets de chauffage urbain collaboratifs ?
Le débat sur les émissions de CO2 fait rage dans les pays du monde entier. L’an dernier à la COP26 de Glasgow au Royaume-Uni, les douzaines de gouvernements réunis ont réaffirmé leur volonté de réduire leurs niveaux d’émissions en mettant en œuvre tous les moyens possibles. Aux côtés des engagements considérables pris par les industries de la transformation des produits alimentaires et d’autres industries influentes qui sont responsables d’une grande partie des émissions nocives, les systèmes de chauffage urbain sont en train de rapidement s’imposer comme une solution incontournable pour s’attaquer aux émissions de CO2, et ce, non plus au niveau d’un simple logement ou d’une entreprise, mais en mobilisant l’ensemble d’une commune ou d’un quartier.
Les pompes à chaleur ne sont pas une nouveauté, mais avec la hausse rapide de l’utilisation d’énergies renouvelables, elles ont pris une importance grandissante dans la bataille contre les émissions de CO2. Associez cette méthode hautement efficace de conversion de chaleur avec des initiatives visant à développer des systèmes de chauffage urbain pour les immeubles d’habitation et les bâtiments municipaux, et vous avez une révolution potentielle en devenir. Ajoutez à cela l’utilisation accrue de fluides frigorigènes naturels, tels que l’ammoniac, et vous aurez toute la technologie nécessaire pour une solution de chauffage communale véritablement « verte ».
Une dépendance au gaz inutile
Selon Eurostat, 27,2 % de toute l’énergie consommée en Europe l’est par les ménages. Dont près de 80 % sont utilisés pour l’eau chaude sanitaire et le chauffage.1 Une étude récente (mars 2022) de Statista a montré que 87 % du chauffage domestique au Royaume-Uni fonctionnait au gaz.2 Ajoutez à cela tous les bâtiments municipaux, et notamment les bibliothèques, les tribunaux, les piscines, les établissements scolaires, etc., et il est évident que le niveau de dépendance au gaz des hommes pour rester au chaud est très, très élevé.
Mais selon Kenneth Hoffmann, Chef de produit Pompes à chaleur chez GEA Heating & Refrigeration Technologies, cela est totalement inutile : « Si vous maintenez une température régulière comprise entre, disons, 18 et 21 °C dans votre logement, il est inutile de brûler du gaz à 600 °C pour qu’il reste confortable. Utiliser des pompes à chaleur permet d’accroître la température de l’air qui arrive de l’extérieur pour rendre votre habitation très confortable sans utiliser de gaz. »
Si le même concept était appliqué à un grand nombre de logements, cela représenterait un bond en avant considérable vers la réduction des émissions globales ; et s’il l’était à l’échelle industrielle pour des quartiers et des communautés entières, il y aurait vraiment de quoi changer la donne !
En quoi les pompes à chaleur sont-elles plus efficaces ?
Si nous cherchons à décarboner la génération d’électricité comment une pompe à chaleur qui fonctionne justement à l’électricité peut-elle être plus intéressante que le status quo ? Le fait est que, comme l’explique Kenneth Hoffmann le système électrique pourrait tout simplement ne pas pouvoir suivre. « Il ne sera jamais en mesure de fournir la hausse d’énergie requise », dit-il. « Mais en utilisant des pompes à chaleur qui génèrent jusqu’à cinq fois plus d’énergie par kWh d’énergie primaire (électricité) consommé par rapport aux chaudières à gaz ou électriques traditionnelles, la consommation d’électricité totale peut être maintenue dans des limites acceptables. »
L’électricité que nous utilisons étant de plus en plus produite à partir de de sources renouvelables, une pompe à chaleur installée aujourd’hui aura une empreinte carbone qui se réduira année après année, et ce, jusqu’à ce que l’électricité consommée provienne à 100 % de sources renouvelables. « En associant l’efficacité énergétique et la baisse de la consommation de gaz, nous pouvons atteindre la décarbonation de la société recherchée », ajoute Kenneth Hoffmann.
Les systèmes de chauffage urbains
Un réseau de chauffage moderne et efficace, qui utilise des pompes à chaleur à l’ammoniac, est la meilleure solution pour atteindre cet objectif. Avec une petite quantité d’électricité (idéalement renouvelable), une telle solution a la capacité de générer de la chaleur à partir d’un large éventail de sources, telles que l’air, le sol, une usine, un réseau de métro ou une centrale d’épuration, pour n’en citer que quelques-unes. Il est ensuite possible d’accroître les températures de manière à atteindre jusqu’à 95 °C pour alimenter le voisinage en chauffage ou en eau chaude (ou les deux).
Un tel système fonctionne mieux dans les zones à densité de la population élevée et a encore plus de sens économiquement parlant quand il est créé durant la première phase de développement d’une zone ou dans le cadre de projets d’infrastructure majeurs - mais ce n’est pas cependant un pré-requis indispensable. À Malmö dans le sud de la Suède, par exemple, quatre pompes à chaleur GEA de 10 MW ont été installées à proximité d’une station d’épuration et d’un incinérateur de déchets près du port. Ces pompes fournissent 8 % du total de l’énergie consommée par près de 100 000 habitations, ce qui économise près de 50 000 tonnes de CO2 par an.
GEA fait monter la barre à 95 °C pour les pompes à chaleur standards
La technologie GEA et l’importance de l’ammoniac
L’utilisation de l’ammoniac est une avancée-clef dans le développement de la technologie des réseaux de chaleur urbains. De nombreux systèmes plus anciens utilisent encore pour la réfrigération des gaz fluorés (les « F-gaz »), qui sont désormais interdits dans toute l’Europe. Contrairement aux gaz fluorés, l’ammoniac est écologique, largement disponible, peu coûteux et n’a aucun impact sur le réchauffement planétaire. Ces dernières années, GEA est à l’avant-garde du développement de cette technologie.
Ayant commencé par étudier et perfectionner la méthodologie, les ingénieurs de GEA ont ensuite appliqué cette technologie de manière à faire vraiment la différence en améliorant l’approvisionnement des communautés locales et en réduisant nettement le niveau de CO2 généré par les utilités.
Par ailleurs, GEA innove constamment pour améliorer sa gamme de pompes à chaleur et rester à l’avant-garde dans le domaine du chauffage urbain. Nous dévoilerons bientôt de nouvelles avancées dans cette technologie révolutionnaire, notamment un récent projet portant sur une pompe à chaleur de 22 MW en Europe de l’Est, qui intègre notre nouveau compresseur à vis haute pression.
La technologie au travail
Pour le moment, jetons un œil à certaines innovations incroyables qui contribuent déjà à la protection de l’environnement. L’immense patinoire de Marienlyst à Drammen en Norvège offre une surface de patinage de compétition en hiver avec un circuit de course de 400 m et un vrai terrain de football en gazon en été. La température de la chaleur extraite lors de la formation de la glace est boostée par les pompes à chaleur de GEA, ce qui permet d’utiliser ensuite cette chaleur pour alimenter la ville. À l’arrivée de l’été, la température sous le gazon augmente et la pompe à chaleur fonctionne comme une pompe à chaleur géothermique pour approvisionner les habitations en eau chaude carbo-neutre.
À Turku en Finlande, GEA a livré à la ville un système de chauffage urbain de 10 MW qui utilise la chaleur résiduelle d’une centrale thermoélectrique. Les pompes à chaleur à l’ammoniac augmentent la température de la chaleur utilisée qui passe de 25 °C à 85 °C pour approvisionner les 190 000 habitants de la ville par le biais du réseau de chauffage domestique. Là encore, en dehors d’un peu d’électricité supplémentaire, qui provient par ailleurs toujours plus de sources renouvelables, l’ensemble du processus est carbo-neutre.
À Londres, dans le Borough d’Islington, Bunhill Heat and Power Network (BHPN) utilise la chaleur résiduelle du métro londonien, boostée par des pompes à chaleur GEA, pour chauffer et alimenter en eau chaude près de 1350 foyers, une école et deux centres de loisirs. Cette solution a apporté une contribution majeure à la réalisation de l’objectif du Borough de devenir carbo-neutre à l’horizon 2030.
Ces réalisations sont un simple échantillon du travail acharné que font chaque jour les ingénieurs de GEA dans le monde entier, pour apporter les avantages de nos pompes à chaleur à l’ammoniac dans les systèmes de chauffage urbains.
Pompe à chaleur GEA installée au Bunhill 2 Energy Center pour réutiliser la chaleur résiduelle du métro londonien.
Parler c’est bien, agir c’est mieux
Le chauffage représente plus de la moitié de l’énergie consommée dans le monde et il est donc évident qu’il joue un rôle majeur dans les émissions de CO2.3 Nous ne pouvons pas sous-estimer l’importance de l’intégration et d’une approche systémique pour augmenter de façon spectaculaire les énergies renouvelables avec de la chaleur qui serait autrement gaspillée. Sortir du charbon et des autres combustibles fossiles tout en innovant pour l’avenir est également un impératif absolu. L’utilisation de pompes à chaleur pour le chauffage urbain aide d’une part l’environnement et la planète et d’autre part a des effets au niveau local : contrairement aux chaudières au gaz, les pompes à chaleur n’émettent pas d’oxydes d’azote (NOx). Elles ouvrent donc la voie à un air plus propre dans les villes et les autres zones urbaines, en plus d’offrir des avantages financiers.
Mais revenons-en aux engagements mondiaux en faveur de l’environnement. Selon la COP26, si la température de la planète augmentait de 2 °C, l’impact sur les populations et la nature serait sévère et généralisé. S’il était limité à 1,5 °C, les effets seraient graves, mais moins délétères. Ce dernier objectif est actuellement celui qui a été fixé, mais le débat reste ouvert et il pourrait bien être remplacé par un objectif plus strict à l’avenir.
Une stratégie durable
GEA s’intéresse déjà au sujet depuis des années. Notre initiative Sustainable Energy Solutions (SEnS) joue un rôle-clef dans cette stratégie en révolutionnant l’intégration des procédés et des utilités (refroidissement et chauffage) pour diminuer la consommation d’énergie, réduire les empreintes carbone et réduire les coûts dans de nombreux secteurs.
La collaboration et l’innovation sont essentielles pour s’attaquer aux défis climatiques qui s’annoncent et c’est d’ailleurs pour cela que nous avons investi plusieurs millions d’euros dans de nouveaux centres d’essais, qui entreront en service en 2023. Ils seront équipés de matériel de pointe qui utilisera des fluides frigorigènes naturels, seront automatisées à 90 %, pourront fonctionner 24h/24 et 7j/7 et seront compatibles Industrie 4.0.
Les systèmes de chauffage urbain alimentés par des pompes à chaleur GEA ne sont qu’une partie, même si elle est importante, de la solution complète. En complément il ne faut pas sous-estimer la force de persuasion : si un ménage voit que ses factures d’électricité et ses émissions diminuent en se raccordant à un réseau de chaleur urbaine, il est plus probable qu’il s’impliquera dans d’autres initiatives durables et encourage les grandes entreprises à faire partie de la solution et non pas du problème.
Si le monde doit atteindre son objectif de zéro émission nette de carbone d’ici 2050, le temps presse. GEA a les connaissances, la technologie et la capacité de mettre en œuvre avec succès des projets qui génèrent des solutions de chauffage plus propres, qui aident à assurer la conformité avec les objectifs d’émissions actuels et à venir, et qui fassent vraiment la différence pour l’environnement et les générations de demain.
