Considérations sur les combustibles de fours alternatifs – Par où commencer ?

Pour être honnête, je ne me souviens pas quand la discussion sur l’empreinte carbone et les émissions zéro a commencé, même si les NOx sont un problème depuis aussi longtemps que je me souvienne. Et je suis là depuis un certain temps ! L’introduction de l’oxy-combustible a contribué à réduire les émissions de NOx, mais je doute et doute qu’elle ait eu un effet positif sur l’efficacité énergétique. La technologie de contrôle de l’accès à l’air a également eu un effet secondaire intéressant sur l’amélioration de l’efficacité énergétique

Le séminaire GlassTrend 2017 à Haarlem, aux Pays-Bas, a ouvert l’esprit, principalement parce qu’un important client de bouteilles en verre a présenté des déclarations dures concernant la progression souhaitée par son entreprise vers la bouteille la plus verte. Depuis ce jour, l’Accord de Paris sur le changement climatique est apparu sur de nombreuses diapositives de présentation lors d’innombrables séminaires, dont plusieurs venant de moi. Les conceptions de fours tout électriques, hybrides et à hydrogène sont revenues à l’ordre du jour, étant perçues comme une nouvelle technologie, ce qu’elles ne sont pas. Cependant, la dure vérité est que seuls les systèmes alimentés par des combustibles non fossiles seront en mesure de s’approcher de zéro émission de CO2 et, à cet égard, seules les technologies de fusion alimentées à l’électricité et/ou à l’hydrogène sont pratiques.

Carburant hydrogène

Il ne fait aucun doute que les fours électriques sont les solutions les plus écoénergétiques et les plus réalisables connues aujourd’hui. Les options d’hydrogène ne pourront pas se rapprocher en comparaison, simplement parce que le processus de combustion est extrêmement inefficace. Le système de récupération de chaleur gérant les fumées aqueuses polluées est susceptible d’être complexe et coûteux et je suppose que la combustion hydrogène/air sera hors de question en raison des émissions de NOx associées. À cet égard, j’exhorte ceux qui rêvent d’immenses fermes solaires dans le désert convertissant l’électricité en hydrogène et la transportant vers des usines de fabrication de verre ; ne transportez pas l’hydrogène si vous ne pouvez pas non plus fournir l’oxygène ! À mon avis, c’est pourquoi l’utilisation de l’infrastructure de gaz naturel existante pour l’hydrogène ne fonctionnera pas non plus. Et qu’en est-il de la conversion du 100 % gaz naturel vers le 100 % hydrogène en 30 ans, ce qui ne représente que deux cycles de vie du four ? Il est même encore douteux que toutes les chaudières domestiques soient capables de gérer une telle reconversion sans remise en état technique drastique et complexe.

Plusieurs instituts ont commencé des tests sur la combustion de l’hydrogène et ils sont susceptibles de conclure que l’utilisation de l’hydrogène est possible, mais les problèmes restants seront toujours l’efficacité et la disponibilité de l’hydrogène et de l’oxygène. Certaines personnes dans l’industrie sont d’avis que les fours tout électriques sont inflexibles du point de vue du taux de traction, de la couleur du verre et du pourcentage de calcin élevé et ne peuvent pas être construits assez grands pour répondre aux besoins des clients. Mais qu’en est-il des inconvénients qui découleront des conceptions de fours à hydrogène/oxygène complets qui ont une atmosphère de four proche de 100 % H2O ? C’est discutable, même si les conceptions finales doivent encore arriver.

Biocarburant

Les biocarburants issus de matières premières traditionnelles à base d’éthanol, telles que le maïs et la canne à sucre, sont également en discussion, mais le cycle de croissance jusqu’au traitement est très énergivore. On peut donc se demander si le niveau d’avantage environnemental est justifiable. Des recherches sont en cours pour trouver des matières premières plus économes en énergie et économiquement viables qui n’affecteront pas les approvisionnements alimentaires et l’environnement. Par exemple, l’éthanol cellulosique est fabriqué à partir de déchets végétaux qui ne seraient généralement pas recyclés. Les herbes, les algues, les déchets animaux, les graisses de cuisson et les boues d’épuration sont également des candidats possibles pour les matières premières de biocarburant si des moyens efficaces et rentables peuvent être trouvés pour les convertir en carburant viable (1). Le plus gros inconvénient de l’utilisation de biocarburants pour la fabrication du verre est peut-être le fait que d’autres industries telles que l’aérospatiale, l’automobile et le ciment ont moins de cas d’utilisation potentiels.

Carburant à partir de déchets plastiques

Des procédés thermiques peuvent être utilisés pour décomposer le plastique en huiles destinées à être utilisées comme carburants. Selon un article récent de The Chemical Engineer, la méthode de pyrolyse implique des températures élevées jusqu’à environ 800°C ou l’utilisation de catalyseurs.

La nouvelle méthode de dépolymérisation thermique sous pression, la liquéfaction hydrothermale, utilise des températures comparativement plus basses jusqu’à 500°C(2). Peut-être que la chaleur résiduelle d’un four à verre pourrait être utilisée dans le cadre d’une solution de recyclage plus rentable pour les déchets plastiques, mais comment les combustibles résultants se comporteraient-ils pendant la combustion ? Le résultat final justifierait-il les moyens ?

Considérer différentes régions

Ce qui vient à l’esprit, c’est que nous devons examiner quelles sources d’énergie seront suffisamment disponibles et efficaces, tout en étant économiquement acceptables. Pensez à ce qu’il adviendra des niveaux de prix du CO2/tonne à l’avenir ?

Aujourd’hui, il semble qu’un design spécifique puisse fonctionner dans une région mais serait totalement inapproprié dans une autre. Si l’énergie géothermique ou hydroélectrique est suffisamment disponible à proximité de votre installation, votre choix sera clair et vous pourrez commencer à travailler sur la résolution des problèmes de fusion tout électrique, le cas échéant. Si vous êtes à proximité d’une immense ferme solaire fournissant des kWh presque gratuitement mais uniquement pendant la journée, vous vous retrouverez dans une position différente. Allez-vous commencer à rechercher une conception combinée tout électrique et tout hydrogène en un ? Peut-être commencer à chercher des piles à combustible qui peuvent fournir suffisamment d’électricité pendant la nuit pour faire fonctionner une simple fournaise entièrement électrique ? Si vous faites le calcul, vous constaterez très probablement qu’une telle conception est encore plus économe en énergie. L’utilisation de biocarburants ne volera probablement pas en Inde, mais peut-être que la conversion du plastique en carburant pourrait y devenir faisable.

Et puis il y a une considération de comparaison des coûts. Historiquement, les fours ont été construits avec un seul combustible à l’esprit. Les marchés de l’énergie étaient considérés comme quelque chose de vital mais hors de votre contrôle, donc souvent relégués sur une seule ligne sur votre feuille de calcul OPEX, malgré un impact bien plus important en €/tonne que toute considération de CAPEX ou d’efficacité. À l’avenir, il y aura des choix. Quels sont les risques impliqués dans ces choix et comment pouvons-nous aider les cadres supérieurs à quantifier ce risque avant de prendre des décisions d’investissement ?(3)

Les fournisseurs peuvent aider

Alors par où commencer ? Peut-être en étudiant d’abord en profondeur le marché de l’énergie durable et comment il évoluera autant que possible à l’avenir. Se rappeler que la situation dans une région peut être différente de ce que d’autres prédisent lorsqu’elle est située ailleurs. Il s’agira de combiner différentes analyses de rentabilisation pour étudier comment l’énergie disponible peut être utilisée de la manière la plus efficace, trouver des synergies, travailler avec les communautés, lier les propriétaires du réseau d’approvisionnement et les services publics et trouver un soutien politique.

Pourquoi même commencer à rechercher de nouvelles solutions techniques de fusion avant de déterminer quels vecteurs énergétiques deviendront disponibles et commercialement acceptables ? Il existe des entreprises qui peuvent aider à démarrer ces conversations et ces collaborations. L’équipe Schneider Electric Energy and Sustainability Services, ainsi que l’équipe d’experts en verre d’Eurotherm by Schneider Electric accueillent volontiers ces questions et discussions.

Références

1. Biofuels, explained, Christina Nunez, National Geographic Online, 15 July 2019.
2. A new process for converting plastic waste to fuel, Amanda Doyle, The Chemical Engineer Online, 28 February 2019.
3. The Energy Source of the Future from an Energy Market Perspective, Gary Café, Consultancy Manager – Sustainability, Schneider Electric.

A propos de l’auteur 

Special thanks to former Business Leader for Global Glass at Eurotherm, René Meuleman, for authoring the original content of this article.

The full version of this article appears in the January/February 2020 issue of Glass Worldwide alongside a broad cross-section of editorial that assists with all areas of production and processing.