Une solution modulaire de récupération et de stockage de l’énergie pourrait transformer la chaleur fatale des gaz de combustion en profit
Les industries à forte intensité énergétique produisent de grandes quantités de chaleur fatale à haute température. Une part importante de cette énergie demeure inexploitée. L’Europe pourrait éviter l’émission de millions de tonnes de CO2 par an simplement en détournant la chaleur fatale des gaz de combustion pour accroître l’efficacité d’innombrables processus industriels. L’un des principaux défis du recyclage de la chaleur fatale en énergie réside dans le fait que les processus industriels, tels que la production de céramique et le recyclage de l’aluminium, sont basés sur des lots plutôt que sur des procédés en continu. Par conséquent, l’énergie doit être récupérée à partir d’une source hétérogène. En outre, les gaz résiduels chauds libérés sont susceptibles d’être très corrosifs, ce qui signifie que la technologie de récupération doit être capable de résister à des substances agressives. Le projet Smartrec, financé par l’UE, a été le premier à concevoir un système modulaire qui récupère et gère la chaleur fatale des flux de gaz de combustion corrosifs, contaminés et intermittents. Le système qui intègre la récupération et le stockage de l’énergie thermique devrait être capable de capter 40 % de la chaleur fatale perdue dans les processus industriels. L’accent est mis sur la chaleur de moyenne et haute qualité, qui représente des températures supérieures à 100 °C. L’idée est que cette énergie sera ensuite disponible pour être soit réutilisée par le même processus, soit redistribuée ailleurs dans un parc industriel.
Un transfert de chaleur efficace grâce à des échangeurs thermiques à caloducs
La première partie de la solution de récupération thermique est le développement d’une technologie de caloducs sur mesure à utiliser dans les échangeurs de chaleur. «Lisa Roby, responsable de projet chez Altek explique: «Les échangeurs de chaleur à caloducs transfèrent l’énergie d’un flux de chaleur fatale chaude vers un flux plus froid. Notre technologie diffère des autres échangeurs de chaleur en ce sens que la chaleur est transférée par plusieurs caloducs.» Chaque caloduc est divisé en trois sections: l’évaporateur, l’adiabatique (transport) et le condenseur. La chaleur appliquée à l’extérieur de la section de l’évaporateur est conduite à travers la paroi du tube, où elle vaporise le fluide de travail. La pression de vapeur entraîne le fluide évaporé à travers la section adiabatique vers le condenseur. La vapeur se condense à nouveau en liquide et retourne vers la source de chaleur pour poursuivre son cycle de transfert. «Un avantage clé de notre technologie de caloduc réside dans le fait que les surfaces sont isothermes (maintiennent une température constante), ce qui réduit leur prédisposition à la corrosion qui peut représenter un problème sérieux dans les échangeurs thermiques à plaques», ajoute Lisa Roby.
Le concept innovant de stockage de l’énergie thermique
Smartrec offre une solution unique pour le stockage de la chaleur fatale qui implique le remplacement partiel du fluide thermique par un fluide solide. Ce concept de double milieu nécessite un seul réservoir de stockage dans lequel le fluide chaud en haut est séparé du fluide froid en bas par un gradient thermique appelé thermocline. «En comparaison avec des solutions similaires, notre dispositif à thermocline contient deux milieux thermiques — de l’huile thermique passant à travers le dispositif et des pierres (quartzites) retenues à l’intérieur. Cela permet d’améliorer l’efficacité thermique, en exigeant moins de matériel de stockage pour une capacité de stockage thermique donnée», explique Lisa Roby. Les partenaires du projet travaillent actuellement à affiner leurs technologies en vue d’une démonstration ultérieure dans une usine pilote à Altek. Si les efforts aboutissent, «un four d’une capacité de 20 tonnes/jour pour le recyclage de l’aluminium pourrait permettre d’éviter l’émission de 190 tonnes de CO2 par an, ce qui équivaut à retirer 42 voitures de la circulation», conclut Lisa Roby.
Mots‑clés
Smartrec, chaleur fatale, caloduc, échangeur de chaleur, recyclage de l’aluminium, gaz de combustion, production de céramique, thermocline, industrie à forte intensité énergétique
