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Design for Resource and Energy efficiency in cerAMic kilns

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Une production de céramique plus verte grâce à la récupération de la chaleur fatale et aux nouveaux matériaux

Grâce à un projet financé par l’UE, l’industrie européenne de la céramique sera bientôt témoin d’une série d’innovations technologiques susceptibles d’améliorer son efficacité énergétique et de réduire ses coûts de fonctionnement.

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L’industrie céramique joue un rôle considérable dans l’économie de l’UE; avec ses 17 000 entreprises, elle emploie plus de 240 000 personnes et génère près de 30 milliards d’euros de chiffre d’affaires. Toutefois, cette industrie consomme énormément d’énergie. En réalité, la simple production d’une tonne de carreaux de céramique nécessite 1,67 MWh d’énergie. «Les procédés de production de carreaux de céramique sont très gourmands en énergie. Près de 1 500 millions d’euros sont dépensés chaque année rien que pour les besoins en gaz naturel du secteur céramique italien. Si nous pouvions augmenter de 2 à 3 % l’efficacité énergétique pour produire un mètre carré de carreaux, nous pourrions assister à une énorme réduction des coûts annuels de la consommation de gaz naturel», fait remarquer Gabriele Frignani, coordinateur du projet DREAM, financé par l’UE.

Comment les caloducs pourraient réduire les coûts en gaz naturel

Les partenaires du projet ont été les premiers à concevoir des caloducs en tant qu’échangeurs thermiques pour récupérer l’énergie fatale dans les fours et la transférer à un autre point de la chaîne de production. «Les caloducs récupèrent la chaleur fatale dans la zone de refroidissement (160-200 °C) des fours à rouleaux pour alimenter en air les séchoirs ou autres machines thermiques, augmentant également l’efficacité du processus», explique Gabriele Frignani. «La récupération de la chaleur fatale dans la zone de refroidissement, afin de réchauffer l’air destiné au séchage des carreaux, élimine la nécessité de brûler du gaz naturel. Dans l’ensemble, les caloducs contribuent à réduire de 4 à 5 % la consommation de gaz naturel d’un séchoir. Cela peut sembler dérisoire, mais cela se traduit par d’énormes économies en termes d’énergie et de coûts», ajoute Gabriele Frignani. Un autre avantage majeur de la technologie des caloducs réside dans le fait que l’air chaud qui se déplace vers le séchoir est propre car il n’intervient aucun mélange entre l’air provenant de l’échangeur thermique et les flux d’air d’échappement potentiellement contaminés ou corrosifs émis par la cheminée de refroidissement du four.

Des matériaux réfractaires et de revêtement innovants

Un autre résultat intéressant de DREAM concerne le développement de matériaux réfractaires et isolants innovants pour les fours à céramique. Les partenaires du projet ont testé des formes et des compositions de matériaux innovants qui permettent de réduire la transmission de chaleur à travers les parois du four. Il en a résulté une réduction de la température superficielle des fours de 10 °C en moyenne. «Les pertes de transmission de chaleur dans les fours représentent environ 15 % de l’énergie thermique dépensée pour cuire chaque kilogramme de carreau. Cette chaleur représente plus ou moins 75 kcal/kg au-delà d’une consommation spécifique de 500 kcal/kg du produit. En réduisant la température superficielle des fours grâce aux nouveaux matériaux réfractaires et de revêtement, nous avons réduit les pertes de chaleur de 1,4 % en moyenne», remarque Gabriele Frignani.

Alimenter les machines thermiques par microturbines

Pour la première fois, les partenaires du projet ont étudié la manière dont l’énergie thermique (fumées chaudes) générée par les microturbines pouvait être canalisée pour alimenter le four ou le séchoir. L’utilisation de microturbines est judicieuse dans des pays comme l’Italie, où le coût de l’électricité est considérablement plus élevé que celui du gaz naturel. Les microturbines dispensent de brûler des quantités importantes de gaz naturel pour le redémarrage du four après un arrêt, en effet, le cycle de purge du four n’est pas nécessaire (les ventilateurs sont également alimentés électriquement par la microturbine durant l’arrêt). «Un autre avantage réside dans le fait que la microturbine peut être dimensionnée en fonction des besoins électriques d’une seule machine thermique, de sorte que, d’un point de vue fiscal, une industrie n’a pas besoin de transférer son électricité sur le réseau public, évitant ainsi la taxation sur l’énergie», conclut Gabriele Frignani.

Mots‑clés

DREAM, gaz naturel, four, caloduc, microturbine, carreau céramique, réfractaire, échangeur thermique, matériau de revêtement, récupération de la chaleur fatale, efficacité énergétique

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