Les grandes pompes à chaleur transformant le gaz

Par Johnny Wood

Dans un monde de plus en plus numérique, notre dépendance croissante aux écrans est un signe inquiétant pour les fabricants de papier, alors que la consommation de papier journal, d’écriture et d’impression diminue. Cependant, la demande d'emballages, d'emballages et de papier ménager de qualité inférieure continue de croître, augmentant de 2 % par an.

La production de pâtes et papiers représentait 2 % des émissions mondiales de CO₂ de l'industrie en 2021 et devrait continuer d'augmenter jusqu'en 2030, selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), ce qui soulève d'importantes questions sur la durabilité à long terme de l'industrie.

C'est là que les pompes à chaleur entrent en jeu. Les fabricants d'équipements avant-gardistes surdimensionnent les conceptions de pompes à chaleur conventionnelles utilisées dans les ménages, pour aider à décarboner les industries à forte intensité de gaz comme les pâtes et papiers.

La production de papier nécessite une chaleur intense pour évaporer de grandes quantités d’eau lors du processus de séchage : une chaleur qui pourrait être réutilisée plutôt que gaspillée. Le séchage représente plus des deux tiers de l’énergie utilisée dans la fabrication du papier.

Le développement de la technologie des pompes à chaleur permet aux fabricants de papier d’exploiter de grandes quantités de chaleur résiduelle à basse température issue de la production et de la réutiliser pour une utilisation à haute température dans le processus de séchage.

Turboden, société du groupe Mitsubishi Heavy Industry (MHI), a signé un contrat avec une entreprise européenne leader dans l'industrie des pâtes et papiers pour créer une grande pompe à chaleur (LHP) sur mesure capable de générer de la vapeur à haute température sans émissions de CO₂ dans la production. processus.

Utilisant un liquide réfrigérant, la technologie LHP de Turboden s'intégrera à un compresseur de vapeur mécanique pour transformer la chaleur de faible qualité comprise entre 10 et 12 °C en vapeur surchauffée de plus de 200 °C nécessaire à la production de papier.

Le LHP transfère l’énergie thermique de la source de chaleur à basse température vers un échangeur de chaleur, transformant ainsi un liquide réfrigérant naturel en gaz. Le compresseur transmet de l'énergie au gaz, provoquant une augmentation supplémentaire de sa température et de sa pression. La chaleur du gaz réfrigérant sous pression est ensuite libérée, prête à être utilisée pour chauffer le condensat en vapeur surchauffée, tout en laissant le réfrigérant revenir sous forme liquide à mesure qu'il refroidit davantage par dépressurisation, prêt pour le redémarrage du cycle.

Le projet est également une rencontre d'esprit entre deux sociétés du groupe MHI, réunissant le savoir-faire industriel de Turboden et l'expertise et l'expérience de Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation, pour développer un système de fourniture de chaleur plus propre et plus efficace.

La combinaison de ces deux technologies aiderait l’entreprise européenne de pâte à papier et de papier à réduire jusqu’à 23 200 tonnes de CO₂ par an provenant de son processus de chauffage.

Pour les industries à forte consommation de gaz comme les pâtes et papiers, la combinaison des technologies LHP et de compresseurs à vapeur constitue un moyen efficace de réduire les émissions industrielles de gaz à effet de serre associées à la production d’énergie thermique. Ces deux technologies pourraient réduire de plus de moitié l'énergie utilisée pour sécher le papier, indique le rapport du groupe de travail EHPA/Cepi.

Les efforts alternatifs visant à rendre la fabrication du papier plus économe en énergie se concentrent également sur l’amélioration du processus de séchage du papier. Un consortium d'universités techniques aux Pays-Bas travaille au développement de technologies d'évacuation de l'eau non thermique basées sur les forces électriques, note l'AIE.

Des recherches sont également en cours en Allemagne et en Scandinavie pour développer des méthodes de fabrication du papier sans utiliser d’eau, même s’il reste encore du chemin à parcourir pour déployer de telles solutions à grande échelle.

Actuellement, les pompes à chaleur fournissent environ 10 % de la demande énergétique industrielle finale dans des régions comme l'Europe, selon un groupe de travail conjoint de l'Association européenne des pompes à chaleur (EHPA) et de la Confédération des industries européennes du papier (Cepi). Cela contribue à accroître l’efficacité énergétique et à réduire les émissions dans de nombreux secteurs industriels en réduisant la dépendance aux combustibles fossiles.

La sidérurgie est une autre industrie à forte intensité thermique et difficile à réduire, où le recyclage de la chaleur perdue peut produire d'énormes gains d'efficacité et des réductions d'émissions. Turboden travaille également sur un autre projet développant une solution LHP pour Ori Martin dans l'industrie sidérurgique italienne. Turboden a créé une solution LHP pour l'usine de fabrication d'acier Ori Martin dans la région nord de l'Italie, la Lombardie. La grande solution de pompe à chaleur transforme la chaleur résiduelle à basse température du circuit de refroidissement du four à arc électrique en eau sous pression, qui alimente le réseau de chauffage urbain de la ville voisine de Brescia.