Décarboner l’industrie, une installation de pompe à chaleur après l’autre

21 sep. 2022

Décarboner l’industrie, une installation de pompe à chaleur après l’autre

La chaleur est de la chaleur, qu’elle atteigne -40 ou +140 degrés Celsius. La gaspiller veut dire, d’une part, gaspiller de l’argent et, d’autre part, augmenter l’empreinte carbone de nombreux procédés industriels, en particulier de ceux qui requièrent à la fois du chauffage et du refroidissement. Écoénergétiques, les pompes à chaleur s’imposent toujours plus comme une technologie de référence pour un futur neutre en carbone. Cette technologie aide l’industrie comme les municipalités à respecter les réglementations environnementales toujours plus strictes, à atteindre leurs objectifs de développement durable et à réduire leurs coûts d’exploitation.

Le changement climatique est un problème urgent à l’échelle du globe. Cela a été dit très clairement lors du Sommet sur le climat historique de 2015 qui a été à l’origine de l’Accord de Paris, qui est un pacte mondial visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à limiter la hausse des températures à 1,5 °C. L’Union européenne a, quant à elle, mis en place un Pacte vert pour l’Europe et s’est engagée à jouer un rôle central pour piloter l’action pour le climat dans le monde et, plus important encore, à définir des objectifs clairs. Cela inclut l’objectif de diminuer de moitié ses émissions d’ici 2030 et de devenir une zone « zéro-net carbone » d’ici 2050.

Les enjeux sont de taille, étant donné que selon L’Agence internationale de l’énergie (IEA), la chaleur est responsable de plus de la moitié de la consommation énergétique finale totale dans le monde, et que la plupart de cette énergie est issue de combustibles fossiles. Il est, par conséquent, impératif d’accélérer nettement la décarbonation si nous voulons atteindre ces objectifs ambitieux. Sans compter que l’UE cherche à réduire progressivement les gaz fluorés, qui sont couramment utilisés comme fluides frigorigènes, conformément au Règlement européen relatif aux gaz à effet de serre fluorés, qui a été mis en place pour justement réduire les émissions de gaz à effet de serre.

La combinaison de différents facteurs, à savoir une législation plus stricte, les avancées technologiques et le désir des fabricants de réduire leur impact environnemental, incite les producteurs à mettre en adéquation leur stratégie commerciale avec leur stratégie de décarbonation. Les transformateurs de l’agroalimentaire qui se sont engagés tôt à réduire leurs émissions, par exemple, retirent déjà des avantages financiers et environnementaux de taille de l’intégration de pompes à chaleur dans leurs procédés de production. C’est, en particulier, le cas des usines qui requièrent l’application de chaleur durant la préparation et, ensuite, de refroidissement.

Le champion caché de l’industrie : la pompe à chaleur

Avec un domaine d’applications qui englobe le B2B et le B2C, la pompe à chaleur a fait bien du chemin depuis qu’elle a été utilisée pour la première fois pour extraire du sel des marécages autrichiens dans les années 1850. Déjà bien connues pour leur utilisation dans le chauffage urbain et le secteur résidentiel, les pompes à chaleur sont en train de s’imposer rapidement comme la technologie de référence des fabricants, qui sont tenus de respecter des règlementations environnementales toujours plus strictes et de réduire leurs émissions de CO2 ainsi que leurs coûts d’exploitation.

Les pompes à chaleur convertissent l’énergie renouvelable ou perdue des bâtiments et des procédés pour produire de la chaleur. Par exemple : Pendant le refroidissement, les systèmes de réfrigération émettent de la chaleur à travers un condenseur, chaleur qui est tout simplement relâchée dans l’environnement. La pompe à chaleur capture cette ressource précieuse et en augmente la température pour produire de la chaleur adaptée à d’autres usages durant la production.

Lorsqu’une pompe à chaleur est associée à un groupe frigorifique, tant la réfrigération que le chauffage sont possibles, ce qui transforme une utilisation ponctuelle en un cycle continu, et abaisse les coûts énergétiques de 30 % ou plus. Ce sont des économies appréciables si l’on considère que dans les industries agroalimentaire, laitière et des boissons, jusqu’à 60 % de la consommation énergétique se répartit entre la réfrigération et le chauffage.

Usine de production de barres chocolatées Mars

Installation de pompe à chaleur GEA, établissement de production de barres chocolatées Mars de Veghel (Pays-Bas). Cette solution sur mesure utilise des compresseurs à piston GEA qui permettent d’extraire et d’augmenter la température de la chaleur à basse température, sinon inutilisable des groupes frigorifiques, pour la réutiliser pour l’eau de chauffage. (Source photo : RCC K&L)

Réduction des émissions de CO2 et de fluides frigorigènes

À l’heure où l’on cherche à réduire les émissions de gaz fluorés, les fluides frigorigènes naturels voient leur diffusion augmenter. C’est le cas, en particulier, de l’ammoniac, un fluide frigorigène écologique qui offre le triple avantage d’être facilement disponible, d’être peu coûteux et de n’avoir aucun impact sur le réchauffement climatique mondial ni sur l’appauvrissement de la couche d’ozone.

L’ammoniac est largement utilisé dans les usines de transformation de produits alimentaires, dans les industries des boissons et laitière, ainsi que dans les brasseries et les entrepôts frigorifiques. Grâce aux améliorations de la technologie des compresseurs, les pompes à chaleur à l’ammoniac peuvent maintenant produire de plus hautes températures. Elles se sont ainsi fortement diffusées dans les industries agroalimentaire, des boissons et laitière, dans lesquelles la chaleur perdue et issue des déchets peut être réutilisée en en élevant la température pour le lavage, le nettoyage et le séchage des produits ; le chauffage de l’eau pour le nettoyage et la transformation, ainsi que pour la pasteurisation.

Traditionnellement, ces industries utilisaient des chaudières pour cuire ou pasteuriser les produits, qu’il fallait ensuite réfrigérer pour les refroidir, ce qui résultait en un gaspillage énergétique massif, vu que la chaleur issue du procédé de réfrigération avait une température trop basse pour être réutilisée. Une pompe à chaleur est en mesure d’augmenter la température de la chaleur résiduelle à jusqu’à 90 °C et plus, ce qui permet de la remettre en circulation. Il devient ainsi possible d’éliminer les chaudières brûlant des combustibles fossiles, de régénérer ou de recycler la chaleur et de réduire nettement les émissions de CO2 : de jusqu’à 50 % ou plus dans de nombreux cas. Mieux encore, les émissions de CO2 peuvent être réduites à zéro si vous utilisez de l’électricité verte.

Les solutions sur mesure : un bond en avant considérable pour l’industrie agroalimentaire.

« Les pompes à chaleur industrielles de GEA vont de 300 kW à 10 000 kW, ce qui signifie que nous sommes en mesure de gérer n’importe quelle application, de l’eau de lavage chaude aux réseaux de chauffage urbains », explique Kenneth Hoffmann, Chef de produit Pompes à chaleur, GEA Refrigeration Technologies. « Mais chaque application est différente et requiert une approche sur mesure. Notre avantage est que nous sommes en mesure d’associer une profonde connaissance des procédés à des compétences réelles dans le domaine des solutions de chauffage et de refroidissement intégrées. Nous étudions chaque solution dans ses moindres détails de manière à ce que la source de chaleur reste stable et disponible en permanence, ce qui permet d’optimiser l’utilisation de la chaleur perdue. »

Les installations traditionnelles à chaudière à gaz sont normalement conçues pour une température du fluide caloporteur bien plus élevée que celle réellement requise au cours du procédé ; ce qui débouche sur des calculs de charge calorifique inexacts et, par conséquent, sur un gaspillage d’énergie inutile. Si l’intégration d’un circuit de pompe à chaleur requiert une analyse complète des températures requises et une évaluation exacte des paramètres de process adéquats, plus l’étude initiale est précise, plus il est possible d’économiser d’énergie, ce qui explique que chaque degré compte. Plutôt que d’utiliser des tuyaux de petit diamètre avec une différence de température importante pour maintenir au plus bas les coûts initiaux, investir dans une pompe à chaleur permet des économies régulières, jour après jour.

Chaque application est différente et requiert une approche sur mesure. Notre avantage est que nous sommes en mesure d’associer une profonde connaissance des procédés à des compétences réelles dans le domaine des solutions de chauffage et de refroidissement intégrées. » - Kenneth Hoffmann, Chef de produit Pompes à chaleur, GEA Refrigeration Technologies

- Kenneth Hoffmann, Chef de produit Pompes à chaleur, GEA Refrigeration Technologies

« Nous avons d’excellentes relations, qui durent parfois depuis des dizaines d’années, avec nos clients du secteur de la transformation. Nombreuses de ces relations sont nées à l’occasion de l’achat d’une installation de réfrigération, qui est vraiment notre métier d’origine et notre spécialité », explique Maarten Gelens, Spécialiste Réfrigération Expert, GEA Refrigeration Technologies (Pays-Bas). Robert Unsworth, Directeur technico-commercial GEA Refrigeration Technologies GB, ajoute : « En travaillant avec nos clients, nous nous efforçons d’atteindre leurs objectifs de développement durable, ce qui comprend la réalisation d’économies d’énergie et la réduction de leurs émissions de CO2. La mise en œuvre de pompes à chaleurs dans les secteurs agroalimentaire, laitier et des boissons va être le plus gros bond en avant jamais observé dans le domaine de la production et de la réfrigération agroalimentaires. »

Croissance commerciale et développement durable : les deux faces d’une même médaille

Pour atteindre les objectifs de développement durable, l’IEA a établi que la part des technologies utilisant de l’énergie propre comme les pompes à chaleur et le chauffage thermique solaire, devra être multipliée par trois pour atteindre plus d’un quart des ventes de nouveaux équipements de chauffage d’ici 2030. La technologie des pompes à chaleur est la clé d’économies d’énergie et de coûts, et ce, quel que soit le secteur dans lequel elle est utilisée ou la mesure en laquelle elle est utilisée. Elle peut être employée pour des tâches simples comme le chauffage et le refroidissement d’un pavillon de banlieue ou jouer un rôle central dans une stratégie zéro émissions intelligente pour le chauffage urbain ou dans une grosse usine de production alimentaire. GEA aide aussi les fabricants à examiner leurs installations de manière holistique en analysant chaque procédé pour identifier les opportunités afin d’accroître le rendement et les économies de coûts. Cette démarche, ou offre, que nous appelons GEA Sustainable Energy Solutions (NEXUS), comprend souvent l’intégration d’une pompe à chaleur pour capter et réutiliser la chaleur fatale, qui est souvent abondante dans de nombreux environnements de production.

La mise en œuvre de pompes à chaleurs dans les secteurs agroalimentaire, laitier et des boissons va être le plus gros bond en avant jamais observé dans le domaine de la production et de la réfrigération agroalimentaires. » - Robert Unsworth, Directeur technico-commercial GEA Refrigeration Technologies UK

- Robert Unsworth, Directeur technico-commercial GEA Refrigeration Technologies UK

La technologie de pompe à chaleur de GEA permet à cette usine de maltage vietnamienne d’atteindre ses objectifs

La technologie de pompe à chaleur de GEA permet à cette usine de maltage vietnamienne d’atteindre ses objectifs

Dans les régions qui jouissent d’un climat tempéré, la température de l’air ambiant peut suffire à induire la germination du malt. Ce n’est toutefois pas le cas dans les régions chaudes et humides, où l’air doit être refroidi pour atteindre la température désirée. Sans compter que les températures plus chaudes requises pour sécher le malt germé lors du procédé de touraillage qui suit, rendent ce procédé très énergivore. Appartenant à Interflour qui en est aussi l’exploitant, le site Intermalt a ouvert en 2017 au Vietnam. Après de nombreux échanges avec GEA sur la réfrigération, Intermalt a pris la décision d’intégrer aussi une pompe à chaleur GEA dans son procédé de maltage. Cette pompe à chaleur chauffe ultérieurement la chaleur rejetée par le groupe frigorifique, puis l’achemine pour chauffer l’air requis par le procédé de touraillage. Près de 2000 tonnes de CO2 par an sont ainsi économisées avec cette solution intégrée, qui est bonne à la fois pour l’environnement et pour le compte de résultat d’Intermalt.
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