Une pompe à chaleur innovante pourrait changer la donne en matière d’écologie dans l’industrie
L’UE vise à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de plus de 40 % d’ici à 2030, un objectif qui est en train d’être relevé à 55 %. Dans les processus industriels, la chaleur est responsable de 74 % de la consommation d’énergie totale, de sorte que la décarbonation de ces processus est essentielle pour lutter contre le changement climatique. Il est largement reconnu que les pompes à chaleur auront un rôle clé à jouer à cet égard, pour des températures allant jusqu’à 150 °C. Les pompes à chaleur présentent un certain nombre d’avantages par rapport aux autres technologies renouvelables dans cette plage de températures, notamment leur disponibilité en été comme en hiver, leur coût inférieur par kWh et leur efficience. Pourtant, les solutions commercialisables sont toujours insuffisantes. Après avoir confirmé la capacité des pompes à chaleur à atteindre des températures allant jusqu’à 150 °C, le projet Rotation Heat Pump, soutenu par l’UE, a mis au point deux prototypes et une installation pilote avec l’entreprise primo-adoptante Bioenergie Bucklige Welt (site web en allemand). Le projet a également permis d’identifier les paramètres nécessaires à la conception et à la production en série. «Pour les processus industriels tels que la distillation, la pasteurisation, le lavage et la cuisson, notre technologie peut combler les lacunes du marché, avec une efficacité dans la plage de températures de 100 à 150 °C pouvant dépasser jusqu’à 70 % les autres solutions renouvelables», explique Bernhard Adler, directeur général de l’entreprise ecop, hôte du projet et lauréate d’un European Business Award for the Environment en 2018. La Rotation Heat Pump a été conçue à partir des travaux antérieurs d’ecop en matière de développement de pompes à chaleur, qui ont débouché sur un premier modèle et sur 68 brevets dans le monde.
Développement et optimisation
Les pompes à chaleur exploitent une source d’énergie externe pour transférer l’énergie thermique d’une zone plus chaude à une zone plus froide à des fins de chauffage – ou vice versa pour le refroidissement. La source thermique provient généralement de l’air, du sol, de l’eau ou de l’air évacué. Les pompes à chaleur ont été adoptées dans des secteurs tels que l’industrie alimentaire et des boissons, l’industrie du bois et du papier et l’industrie chimique, où elles peuvent être utilisées pour des processus tels que le séchage et la déshydratation, l’évaporation, le lavage et le nettoyage, la stérilisation et la pasteurisation. L’innovation du projet Rotation Heat Pump a consisté à développer un processus monophasé à cycle thermodynamique au lieu du processus de compression biphasé thermodynamique des pompes à chaleur classiques. Pour la première fois, cela permet une utilisation industrielle à grande échelle, car les pompes à chaleur traditionnelles ne sont pas adaptées aux températures élevées et aux conditions fluctuantes des environnements industriels. Qui plus est, les solutions existantes utilisent généralement des réfrigérants dans le processus de transfert de chaleur, ce qui nuit à l’environnement. Le processus de la Rotation Heat Pump utilise un gaz inerte largement disponible, peu coûteux et sûr, composé d’hélium, d’argon et de krypton. Rotation Heat Pump a créé deux prototypes. Le premier a été mis au point pour une centrale à production combinée de chaleur et d’électricité près de Vienne, où la pompe à chaleur récupère la chaleur résiduelle de la turbine à vapeur de la centrale pour l’utiliser directement dans le réseau de chauffage urbain. Le deuxième prototype a été développé pour des tests internes et comme installation de démonstration.
Surmonter les limites des pompes à chaleur existantes
Un certain nombre de tests ont été réalisés et ont permis de mettre en évidence un fonctionnement stable, des températures élevées allant jusqu’à 120 °C et une élévation de température (la différence entre la source de chaleur et la température produite) de 35 Kelvin. Il est prévu de passer à 50 Kelvin d’ici la fin de l’année. En outre, un coefficient de performance (COP) de cinq a été atteint, ce qui signifie que le système peut créer jusqu’à cinq fois plus d’énergie thermique que l’énergie électrique nécessaire pour la générer. «Nos tests ont confirmé que nos simulations étaient exactes, avec un COP pratiquement irréalisable avec les pompes à chaleur classiques», explique Bernhard Adler. L’équipe développe maintenant des projets de démonstration, notamment pour intégrer et personnaliser son système avec le processus de chauffage industriel.
Mots‑clés
Rotation Heat Pump, gaz à effet de serre, processus de chauffage, pompe à chaleur, énergie, thermodynamique, thermique, température, industriel
