Une entreprise finlandaise pense pouvoir réduire d'un tiers les émissions de carbone industrielles

Les centrales électriques à combustible fossile peuvent être remplacées par des panneaux solaires ou des réacteurs nucléaires. Les voitures à essence peuvent être remplacées par des voitures qui utilisent de l'électricité sans carbone pour recharger les batteries. Mais toutes les composantes d'une économie ne sont pas aussi faciles à décarboner, même en principe. Trois industries lourdes – ciment, chimie et sidérurgie – sont particulièrement délicates à assainir. L'une des raisons est que tous reposent sur des processus chimiques qui nécessitent des températures très élevées.

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L'extraction du fer de son minerai, par exemple, est la première étape de la fabrication de l'acier. Les températures à l'intérieur des fours utilisés pour ce faire peuvent dépasser 1 600 °C. Les fours à ciment, qui transforment le calcaire en clinker, l'une des matières premières du ciment, peuvent atteindre 1 400°C. Parce qu'il est délicat, voire impossible, de produire de telles températures pour certains procédés industriels utilisant uniquement de l'électricité, les entreprises s'appuient sur les combustibles fossiles.

Les entreprises soucieuses de l'environnement ont exploré des alternatives. L'hydrogène, par exemple, peut être produit en divisant l'eau en ses éléments constitutifs. Si cela est fait avec de l'énergie propre, le gaz peut être brûlé comme un carburant sans carbone. Une autre option pourrait être de s'en tenir aux combustibles fossiles, mais de capturer et d'enterrer le dioxyde de carbone qu'ils génèrent, une idée connue sous le nom de capture et stockage du carbone. Mais les deux technologies sont naissantes et nécessiteraient la construction d'un grand nombre de nouvelles infrastructures qui n'existent pas encore.

Au Brightlands Campus, un centre d'innovation soutenu par l'État et l'industrie près de Maastricht, aux Pays-Bas, une société d'ingénierie finlandaise appelée Coolbrook espère changer cela. Son système « RotoDynamic » est conçu pour fournir exactement les types de températures super élevées nécessaires à l'industrie lourde, et ce, tout en étant alimenté uniquement par l'électricité.

La façon la plus simple de penser au système de Coolbrook est comme une turbine à gaz à l'envers. Une turbine à gaz conventionnelle, telle qu'utilisée dans les centrales électriques ou les moteurs à réaction, brûle du combustible fossile pour créer un gaz chaud à haute pression qui fait tourner les pales du rotor. Cette énergie de rotation peut être utilisée pour faire fonctionner un ventilateur générateur de poussée (comme dans les avions à réaction) ou convertie en électricité dans un générateur (comme dans une centrale électrique).

Le nouveau système commence à la place avec un moteur électrique. Le moteur fait tourner les rotors de la turbine. Le gaz ou le liquide est ensuite introduit dans la turbine. Une fois à l'intérieur, les rotors accélèrent la substance à des vitesses supersoniques, puis la ralentissent à nouveau rapidement. La décélération brutale transforme l'énergie cinétique contenue dans le gaz ou le fluide accéléré en chaleur. Si le moteur est alimenté par de l'électricité verte, aucun dioxyde de carbone n'est produit.

Le premier test de l'usine pilote de Brightlands concernera le vapocraquage, l'un des procédés les plus énergivores des usines pétrochimiques. Les craqueurs conventionnels décomposent le naphta, un composant du pétrole brut, en molécules plus petites. Comme son nom l'indique, cela se fait en diluant le naphta avec de la vapeur puis en le soufflant, en l'absence d'oxygène, dans un four.

L'usine pilote de Coolbrook injectera plutôt un mélange de naphta et de vapeur dans la turbine rotative, qui la chauffera à environ 1 000 °C. Cela devrait décomposer le naphta en substances telles que le propylène et l'éthylène, qui sont utilisées pour fabriquer des plastiques. L'espoir est de prouver que non seulement il est possible de craquer du naphta dans un réacteur électrique, mais que c'est mieux. Des essais en laboratoire ont montré que les rendements du processus électrifié pourraient être nettement supérieurs à ceux qui peuvent être obtenus avec des combustibles fossiles.

En supposant que tout se passe comme prévu, l'entreprise tentera de produire de la chaleur pour plusieurs autres procédés industriels. Joonas Rauramo, le patron de Coolbrook, estime que le radiateur devrait pouvoir atteindre des températures allant jusqu'à 1 700 °C. Cela le rendrait adapté à un certain nombre d'applications à forte intensité énergétique, notamment la production d'acier, de ciment, de verre et de céramique. Plusieurs grandes entreprises se sont engagées comme partenaires du projet pilote. Parmi eux, Shell, une compagnie pétrolière britannique, Braskem, un producteur de produits chimiques basé au Brésil, et CEMEX, l'un des plus grands cimentiers du monde.

Le chauffage électrique ne suffira pas à éliminer entièrement les émissions de carbone de l'industrie lourde. En effet, une bonne partie des émissions du secteur ne provient pas de la combustion de combustibles fossiles, mais de la chimie des processus qu'ils alimentent. Dans la fabrication du ciment, par exemple, environ la moitié du dioxyde de carbone provient du chauffage du four avec des combustibles fossiles. L'autre moitié provient de la calcination, la réaction chimique qui transforme le calcaire en clinker.

C'est une histoire similaire avec la sidérurgie, où le fer est chimiquement libéré des minerais qui le retiennent sous forme d'oxyde de fer. Cela se fait en faisant réagir le minerai à haute température avec un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Cela enlève les atomes d'oxygène, laissant du fer pur. L'oxygène, quant à lui, se combine avec le carbone pour produire du dioxyde de carbone.

Cela signifie que, même si la chaleur nécessaire à ces réactions était fournie par de l'électricité sans carbone, le reste des émissions devrait encore être traité d'une manière ou d'une autre. Les entreprises travaillent à modifier la chimie de diverses manières, mais aucune approche n'est encore prête pour le marché.

Mais une technologie n'a pas besoin de résoudre complètement un problème pour être utile. M. Rauramo estime que la technologie de son entreprise pourrait éliminer peut-être 30 % des émissions de l'industrie lourde. Et, dit-il, il peut le faire sans avoir besoin d'inventer quoi que ce soit de fondamentalement nouveau. "C'est une science connue", déclare M. Rauramo. "Il n'a tout simplement pas été appliqué exactement de la manière dont nous le faisons." ■

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Cet article est paru dans la section Science et technologie de l'édition imprimée sous le titre "Certains l'aiment chaud"

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