SOLUTions ECo-Stock pour la valorisation des chaleurs fatales industrielles complexes – SOLUTEC

L’industrie gaspille plus de 20% de l’énergie qu’elle consomme sous forme de chaleur dite fatale dans ses fumées. Plus de 3500 TWh sont perdus chaque année dans le monde, entraînant l’émission inutile de 2500 MtCO2eq et un manque à gagner de l’ordre de 200 milliards d’euros. L’industrie française présente un potentiel de chaleur fatale de 109,5 TWh, soit 36 % de sa consommation de combustibles, dont 52,9 TWh (16 Mt de CO2 et 2 Mds €) sont perdus à plus de 100°C. Cela correspond à différents gisements de chaleur ayant de propriétés variées en termes de composition, teneur de polluants, dynamique, etc. Pour valoriser ces gisements d’énergie, il est nécessaire de développer des solutions de stockage thermique adaptées à l’ensemble des gammes de température et des types de fumées, au coût maîtrisé, aux performances durables et à l’impact environnemental minimisé.
Eco-Tech Ceram (ETC), jeune entreprise innovante, commercialise l’Eco-Stock®, un système de stockage de chaleur sensible type thermocline utilisé pour valoriser les chaleurs perdues dans les fumées de fours industriels. Les fumées sont soufflées dans une cuve remplie de matériaux céramiques auxquels elles cèdent leur chaleur, qui est ensuite restituée au moment voulu par une circulation d’air froid. Cette solution fournit de la chaleur décarbonée à partir de 7 €/MWh, soit environ 80% moins cher que le gaz naturel en France. Cependant, la solution l’Eco-Stock® est actuellement limitée à la valorisation de fumées « propres », qui ne vont ni corroder ni encrasser le système, et qui ne représente qu’environ 20% de gisements de chaleur fatale. Afin de valoriser les autres gisements de chaleur fatale qui sont « non propres », le LabCom SOLUTEC (SOLUTions ECo-Stock pour la valorisation des chaleurs fatales industrielles complexes) est proposé afin de développer des expertises scientifiques et techniques nécessaires pour la valorisation de ces fumées complexes.
Le LabCom SOLUTEC est construit sur la base de nombreuses collaborations étroites établies depuis 2015 entre le laboratoire RAPSODEE* et la société ETC. Des premiers résultats obtenus et des travaux en cours ont montré la complexité des phénomènes physico-chimiques, thermiques et thermo-mécaniques des systèmes énergétiques étudiés impliquant la condensation et la corrosion au sein de l’unité de stockage thermique. Ces résultats, en lien avec les stratégies R&D des partenaires du LabCom, ont permis la définition du LabCom SOLUTEC, avec une vision à long terme (2021-2030), dont l’objectif global est de développer des évolutions de l’Eco-Stock® adaptées à la valorisation des fumées complexes. La période 2021-2025 sera principalement focalisée sur les fumées des deux secteurs industriels auxquels s’adresse déjà ETC : la céramique et la métallurgie. Les travaux concerneront la caractérisation des fumées de ces deux secteurs, l’identification et la compréhension des mécanismes de corrosion et de condensation au sein des cuves de stockage, et la maîtrise de ces phénomènes en milieu industriel où les solutions développées seront validées à échelle TRL 6 à 8 afin de pouvoir mettre sur le marché de nouveaux types d’Eco-Stock (version 2 et suivantes) adaptés à ces deux secteurs industriels. La période 2025-2030 visera les fumées d’autres secteurs industriels qui sont déjà identifiés : ciment, chaux, aciérie, aluminium, verrerie.
Des moyens humains, financiers et matériels conséquents sont prévus pour la réalisation du LabCom SOLUTEC. Le soutien de l’ANR (29.8% du budget global) pendant la première période est crucial pour associer les deux partenaires public-privé au sein d’une seule structure solide et durable pour accélérer la transition énergétique en inventant une industrie décarbonée.
(* : RAPSODEE - Recherche d'Albi en génie des Procédés des Solides Divisés, de l'Énergie et de l'Environnement - un des 3 centres de recherche d’IMT Mines Albi)