PROGRESSER VERS LA VAPEUR NET ZÉRO
EFFICACITÉ, ÉLECTRIFICATION ET INGÉNIERIE VONT DE PAIR
Sean Spencer, Responsable développement solutions
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Elle a joué un rôle capital dans le passé, le présent, et restera également essentielle à nos progrès futurs. Ses qualités supérieures en matière d’énergie thermique en font un élément fondamental de la production d'une grande partie de ce que nous considérons comme acquis, chaque jour. Et, grâce à l'évolution rapide de la technologie et aux avancées techniques, nous pouvons espérer profiter demain de ses nombreux avantages dans un monde « net zéro ».
Il n'y a pas eu besoin de l'inventer ; elle est sur Terre depuis plus longtemps que nous. Vous pouvez encore la voir dans son état le plus naturel, jaillissant des geysers, créant des spectacles à vous couper le souffle. Leur puissance et leur force donnent une idée de la raison pour laquelle la vapeur est le fluide caloporteur le plus utilisé au monde. Et ils soulignent sa nature élémentaire.
Sa capacité à contenir une quantité importante d'énergie pouvant être utilisée soit mécaniquement, pour faire tourner une turbine par exemple, soit sous forme de chaleur pour permettre de nombreux processus, fait de la vapeur une ressource durable et renouvelable essentielle. Grâce à la boucle vapeur-condensats, l'eau utilisée peut être recyclée par des systèmes efficaces, ce qui permet d'économiser de l'énergie.
Grâce à sa haute efficacité, sa faible toxicité, sa liberté de mouvement, son pouvoir calorifique supérieur et son faible coût par rapport aux autres solutions, un monde sans vapeur est impensable. C'est à la vapeur que nous devons bon nombre des formidables progrès technologiques réalisés dans la société au cours des 300 dernières années. Même si les mécanismes qui utilisent la vapeur et qui en ont besoin ont changé, la vapeur est restée un élément fondamental de notre évolution.
Elle joue un rôle clé dans l’industrie pharmaceutique, en garantissant que les médicaments et les vaccins puissent être produits en toute sécurité, de manière fiable et en grande quantité. Les établissements de santé s’appuient sur la vapeur pour que les instruments ne présentent aucun risque lorsqu’ils nous soignent. Les industries chimique et pétrolière ont toutes deux besoin de la vapeur pour assurer le bon fonctionnement de leurs usines, ainsi que pour créer de nombreux produits du quotidien . De la production de plastique à celle du polyester (la matière la plus couramment utilisée dans l’habillement au monde), en passant par l’ammoniaque, qui fournit des engrais pour nourrir le monde. Et ses nombreux usages dans l’industrie agroalimentaire signifient que nous n’avons pas besoin de réfléchir à deux fois à la sécurité et à la durée de vie de tant de choses que nous mangeons et buvons pour vivre.
Ce ne sont là que quelques-uns des avantages que nous procure la vapeur. C’est la raison pour laquelle nous considérons la vapeur non seulement comme un phénomène utile, mais aussi comme une technologie naturelle. Un moyen sûr, fiable et durable d’améliorer notre qualité de vie presque incomparable.
Mais, au-delà de l’occasion de prendre une photo, les geysers n’ont pas une grande utilité pratique pour nous, et, à l’exception de quelques endroits sur terre, la vapeur comme énergie géothermique n’est pas une option possible. Cela signifie que pour exploiter sa valeur, la vapeur doit être produite par nous. Et c’est sur cela que repose le test pour garantir son avenir durable.
Nous avons besoin de la vapeur en grande quantité pour maintenir notre croissance et notre qualité de vie. Il est primordial d’arrêter de produire de la vapeur à partir du gaz, du charbon ou du pétrole au profit de sources d’énergie renouvelables et efficaces, et ce le plus rapidement possible.
SAISIR DE NOUVELLES OPPORTUNITÉS
La crise énergétique mondiale accélère les changements majeurs dans la façon dont nous produisons notre énergie. Premièrement, la part des sources renouvelables (principalement l’énergie éolienne ou solaire, mais dont la production est variable) augmente rapidement. Deuxièmement, le potentiel de l’hydrogène vert basé sur l’énergie renouvelable et l’électrolyse ne cesse de grandir de jour en jour. Troisièmement, la nécessité d'électrifier la chaleur dans l'industrie et les bâtiments est de plus en plus reconnue. Enfin, de nouvelles technologies de stockage de la chaleur et de l'électricité font leur apparition et seront bientôt disponibles à plus grande échelle.
De tels changements de paradigmes dans le fonctionnement de l'industrie ne se feront pas du jour au lendemain. Mais chaque seconde est précieuse si nous voulons atteindre ces objectifs ambitieux zéro émission nette. C’est pourquoi des options pratique pour combler le fossé entre l’offre et la demande d’électricité sont si importantes pour parvenir à des opérations durables. Des innovations telles que le stockage d’énergie thermique, qui consiste à capter les pics d'énergie renouvelable, à les convertir en vapeur utile, puis à les conserver jusqu'à ce qu'on en ait besoin, seront essentielles à la transition. La figure 1 illustre pourquoi nous devons trouver des moyens de maximiser notre efficacité lorsqu'il s'agit de tirer le meilleur parti des sources renouvelables, comme l'énergie solaire :
PRENDRE DES MESURES POSITIVES DÈS MAINTENANT
Dans l'ensemble, la chaleur est responsable de plus du double de la demande d'énergie de la production mondiale d'électricité, et produit 55 % des émissions énergétiques mondiales¹. Réduire ce chiffre est un objectif de décarbonisation² important, mais jusqu'à présent, les tentatives ont souvent été menées en vase clos, en analysant séparément des domaines tels que l'électrification, l'hydrogène, la biomasse et le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS), et en se concentrant sur des utilisations finales spécifiques.
C'est pourquoi la voie vers la neutralité carbone semble parfois si difficile, dans l'attente que de nouvelles technologies remplacent celles sur lesquelles nous nous sommes appuyées pendant des décennies, voire des siècles. Heureusement, les moyens d'utiliser de la vapeur générée de manière durable sont à notre portée.
Alors que la nécessité de décarboniser notre planète devient de plus en plus urgente, il est rassurant de savoir qu'avec la vapeur, cela ne signifie pas que nous allons tout perdre. On sait tous qu’un jour on ne conduira plus de véhicules essence ou diesel, que notre utilisation du gaz naturel sera limitée et qu’il faudra prendre des décisions difficiles si on veut assurer l'avenir de notre planète.
Ce n’est pas le cas avec la vapeur. Pour arrêter d’utiliser les chaudières à combustibles fossiles, il n’y a pas besoin d’attendre des décennies que de nouvelles solutions émergent. Il ne s'agit pas non plus d'une refonte complète des systèmes existants. Il est maintenant possible de moderniser les chaudières avec la technologie de chauffage électrique. Lorsque de vieux équipements doivent être remplacés, de nouvelles options électriques plus efficaces sont facilement disponibles. Lorsque le charbon, le gaz et le pétrole ne seront plus utilisés pour produire de l’électricité, la vapeur pourra alors prouver qu’elle est potentiellement neutre en carbone.
Parallèlement, il sera de plus en plus nécessaire de faire plus avec moins, en évaluant et en améliorant continuellement les mesures d'efficacité qui rendront la vapeur encore plus importante pour les nombreuses industries qui en dépendent. Les approches systémiques fondées sur les données seront le moyen le plus efficace d'y parvenir.
La vapeur étant largement utilisée par divers secteurs, il existe une grande variété de tailles, de configurations, d'applications finales et de pratiques opérationnelles pour les réseaux vapeur. Cela signifie qu'il existe de nombreuses options pour identifier les possibilités d'améliorer les performances du réseau vapeur.
Tout comme la vapeur a aidé les civilisations du monde entier à croître et à se développer, c'est maintenant au tour des ingénieurs d'aider la vapeur à se perpétuer dans notre histoire. La vapeur nous a permis de faire un voyage enrichissant jusqu'à présent et elle continuera à le faire pendant des siècles.
Ce sont les ingénieurs de toutes disciplines qui concevront, construiront, moderniseront, exploiteront et sécuriseront les infrastructures et les technologies pour que le Royaume-Uni soit entièrement décarbonéNational Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering
Sources :
¹ « Global Energy Perspective 2022 », McKinsey, 26 avril 2022.
² Il convient de noter que l'objectif « zéro émission nette » ne concerne pas seulement les émissions de CO2, mais aussi celles de tous les gaz à effet de serre, y compris le méthane et les gaz fluorés. Nous utilisons ici la décarbonisation pour couvrir toutes les réductions d'émissions pertinentes.
National Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering (https://raeng.org.uk/media/b4jpdttw/net-zero-a-systems-perspective-on-the-climate-challenge-final-nepc.pdf)
« Net-zero heat : Is it too hot to handle? », McKinsey Sustainability, 22 juillet 2022. (https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/sustainability-blog/net-zero-heat-is-it-too-hot-to-handle)