Objectif : neutralité carbone

Dans le but de contribuer à la neutralité carbone, l’optimisation des procédés est au cœur de la stratégie énergétique des acteurs industriels. Ils adaptent ainsi une feuille de route comportant des démarches compatibles avec les échéances et les spécificités de leurs sites de production : qualité, sécurité, emploi, compétitivité...

La démarche de neutralité carbone est dépendante de nombreux leviers tels que l’approvisionnement en matières premières, la conception des produits (design, obsolescence), la formation des salariés, etc. Elle s’applique au périmètre de l’ensemble de l’activité (scope 1, 2, 3 au sens du bilan de GES) : optimisation du recyclage, gestion des déchets, mobilité et maîtrise énergétique de toutes les étapes du cycle de vie. Celle-ci repose sur des audits énergétiques, la mise en place d’actions d’efficacité énergétique, la valorisation de la chaleur fatale, l’adaptation du mix énergétique (recours aux EnR : photovoltaïque, éolien, biométhane, …), ou encore la capture, le stockage ou la valorisation du CO₂.

Pour répondre à ces enjeux, les solutions gaz permettent de préserver la qualité de production, de capitaliser sur les actions de maîtrise énergétique déjà réalisées et d’éviter de nouveaux capex.

Sommaire

1. L'audit énergétique
2. Cap sur l'efficacité énergétique
3. Chaleur fatale : un gisement à récupérer
4. Les gaz verts dans le mix energétique
5. CCUS : captage, stockage et valorisation du CO₂

L’audit énergétique : point de départ incontournable

La réalisation d’un audit énergétique est le point de départ d’une démarche de maîtrise de l’énergie. L’audit vise à obtenir une connaissance précise de son patrimoine, de ses flux d’énergies, à mettre en évidence des gisements d’économies d’énergie et à les prioriser. Il permet de déterminer les actions et les investissements à envisager pour améliorer l’efficacité énergétique d’un procédé, d’un bâtiment ou d’un site.

La transposition de la directive 2012/27/EU du 25 octobre 2012 relative à l'efficacité énergétique impose aux grandes entreprises (plus de 250 salariés ou chiffre d’affaires supérieur à 50 M€) de réaliser un audit énergétique réglementaire de leurs activités tous les quatre ans.

Le but est de mettre en place une stratégie d'efficacité énergétique et de repérer toutes les possibilités d'économies d'énergie chez les professionnels du secteur industriel et tertiaire.

Cet audit peut être réalisé en interne ou par un auditeur externe qualifié. Les données issues de cet audit obligatoire doivent être déposées sur la plateforme dédiée de l'Ademe. La loi prévoit une pénalité pouvant aller jusqu’à 4% du chiffre d’affaires des entreprises qui ne respectent pas cette obligation.

À noter, les entreprises certifiées ISO 50 001 sont exemptées de cette périodicité. La démarche de certification ISO 50 001 (Management de l’énergie) est un dispositif plus global de mesure de la performance énergétique d’un site. Elle contribue à l’amélioration en continu de la performance énergétique de l’entreprise.

Comment financer un audit énergétique ?

L’audit énergétique peut être pris en charge dans le cadre des certificats d’économie d’énergie (CEE), qui est l’outil incontournable des entreprises qui souhaitent réduire leurs dépenses énergétiques.

Les TPE/PME peuvent aussi financer un audit énergétique par le biais d’un prêt économies d’énergie (PEE)

• Pour en savoir plus sur les audits énergétiques et audits réglementaires, sur la norme EN 16247 pour les audits réglementaires en industrie, sur le système de management de l’énergie ISO 50 001, sur les certificats d’économie d’énergie… Rendez-vous sur Cegibat

Cap sur l’efficacité énergétique

La notion d’efficacité énergétique est vaste et parfois insuffisamment définie. C’est pourtant le levier prioritaire à exploiter en vue de réduire ses consommations énergétiques et de limiter ses émissions de gaz à effet de serre.

L’efficacité énergétique recouvre l’ensemble des moyens (techniques, humains et organisationnels) qu’il est possible de mettre en œuvre pour optimiser un usage énergétique en fonction de la production de biens ou de services qui lui est associée. La priorité est de consommer, autant que faire se peut, le minimum d’énergie par unité de production. L'énergie la plus verte et la moins chère est toujours celle que l'on n’utilise pas !

a) Les reglages des brûleurs
b) La régulation au cœur de l’efficacité énergétique
c) Priorité aux procédés les plus énergivores
d) Stratégies et techniques de régulation
e) Améliorer vos équipements avec des technologies performantes

a) Les réglages des brûleurs

Le réglage et le maintien en conditions opérationnelles des brûeurs d’un équipement thermique est une opération indispensable et souvent sous-estimée. Le rapport air / gaz est un paramètre clé pour garantir une combustion optimale et un rendement le plus élevé possible.

De très nombreux éléments perturbateurs peuvent venir modifier des réglages initialement conformes aux spécificités fournisseur : l’encrassement d’un élément, des modifications de point de fonctionnement ou de taux de charge, des produits émettant des particules ou des poussières venant impacter l’intégrité de l’équipement etc… Il est donc essentiel de veiller au maintien de vos équipement de chauffe dans leurs conditions de réglage et de fonctionnement idéales.

Pour exemple un brûleur encrassé fonctionnant avec un taux d’aération diminué de 5 % peut entraîner (en fonction de la température de fonctionnement) une perte de rendement pouvant aller jusqu’à 15 %. Ces opérations périodiques de vérification et d’entretien sont peu consommatrices de capex mais nécessitent des compétences en interne qu’il faut entretenir. Il est aussi possible de s’adjoindre les services de sociétés externes compétentes. Les fabricants d’équipements de chauffe peuvent également proposer des services de maintenance associés à leurs produit.

b) La régulation au cœur de l’efficacité énergétique

L’objectif premier d’un système de régulation de la combustion est d’assurer la sécurité des biens et des personnes travaillant sur un site industriel. La régulation de la combustion permet de respecter les valeurs limites d’émissions. Elle garantit ainsi aux personnels travaillant à proximité des installations concernées qu’ils ne seront pas soumis à des émanations chimiques potentiellement nocives.

Le second objectif d’une régulation est de garantir les meilleurs rendements et de maintenir la performance des procédés tout en limitant au minimum les apports énergétiques.

Pour améliorer la consommation énergétique des procédés, les fabricants d’instrumentation, de machines, de four ou encore de chaudières ont développé des dispositifs de plus en plus « intelligents ». Ces équipements possèdent intrinsèquement ou sont couplés à des dispositifs qui prennent en compte de ces variations (température, débits, pression, intensité, etc…). Il s’agit le plus souvent de dispositifs automatiques ou semi automatiques qui s’appuient sur des mesures (capteurs/transmetteurs) et utilisent des actionneurs (vannes, régulateurs, variateurs, etc.) plus ou moins complexes et plus ou moins nombreux en fonction du process considérés.

Pour optimiser ses consommations énergétiques, il est impératif de réfléchir à la mise en place ou à l’amélioration de son système de régulation. Que l’on fonde des métaux, que l’on cuise des produits alimentaires ou que l’on fonde du verre, plus les paramètres de pilotage de l’installation seront maîtrisés et moins elle consommera d’énergie pour une même quantité de produit fini.

c) Priorité aux procédés les plus énergivores

Il est logique de commencer par la régulation des procédés les plus énergivores et les grandeurs physiques ayant le plus d’impact potentiel sur ces procédés. Les Capex mobilisés pour la mise en place de tels systèmes de régulation ou pour leur optimisation sont d’autant plus rapidement rentabilisés.

Dans quelques cas particuliers, certaines grandeurs physiques moins répandues peuvent avoir une influence sur l’optimisation énergétique d’un procédé, notamment sur des fours industriels qui utilisent des combustibles comme le gaz naturel.

La régulation d’un procédé thermique industriel est un élément central pour la performance, il conviendra donc d’y être vigilant (lors de l’achat d’un nouvel équipement par exemple) et ce, dans la durée, en mettant en place des pratiques vertueuses de maintenance des équipements de mesure comme des actionneurs.

d) Stratégies et techniques de régulation

Il existe différentes stratégies et techniques de régulation.

Les plus communes sont des régulations à partir de PID simples sur la température et/ou les débits d’un procédé.

On voit apparaître depuis quelques années des régulations dites « avancées » ou prédictives qui peuvent être très efficaces mais nécessitent des équipements et parfois la mise en place de modèles plus couteux.

On peut y adjoindre une boucle ouverte ou fermée sur la régulation du taux d’oxygène dans certains cas.

Il faut être vigilant à ce que la régulation soit adaptée au besoin et s’en assurer auprès du fournisseur de l’équipement. L’audit énergétique, détaillé au paragraphe précédent, peut aussi être l’occasion de faire le point sur les systèmes de régulation utilisés au sein de l’entreprise et sur leur réglage. Un audit bien mené s’attardera par exemple sur les réglages du taux d’aération des brûleurs utilisés sur les procédés thermiques.

Des excès d’air trop importants (oxygène résiduels excessifs) ou des consignes de température ou de pression du four mal adaptées conduisent à des surconsommations systématiques et parfois à des non qualité de produits.

Une bonne régulation des procédés, avec des consignes bien choisies et un minimum de marge notamment sur les taux d’aération (en se rapprochant de la stœchiométrie), peut faire gagner de 5 à 20 % d’énergie consommée sur des procédé haute température (ce qui représente autant de CO₂ évité).

La qualité des produits finis est aussi tributaire de la maîtrise de la combustion. Un défaut de régulation n’est pas une fatalité. En prendre conscience ou lancer une réflexion sur le sujet est un bon début. Faire appel à des spécialistes pouvant optimiser votre process est la suite logique de cette prise de conscience.

e) Améliorer vos équipements avec des technologies performantes

Une fois les besoins de régulation pris en compte, il est important de se demander si le dispositif utilisé pour produire est intrinsèquement efficace.

En effet, pour fondre du verre comme pour cuire des biscuits, des technologies différentes sont disponibles, certaines plus économes que d’autres.

Si le réflexe est souvent de se tourner vers des technologies à bas capex, une analyse sur le long terme démontrera qu’une solution plus onéreuse à l’achat recèle en réalité des gains potentiels plus importants.

Ces deux équipements se montrent particulièrement performants en termes de consommation d’énergie :

• Brûleur régénératif
• Brûleur auto-récupérateur
• Autres technologies performantes gaz

Chaleur fatale : un gisement d’énergie à récupérer

La chaleur fatale est une chaleur « perdue » par un procédé industriel qui dégage une énergie thermique. Elle représente un potentiel d’économies d’énergies considérable pour les entreprises industrielles dès lors qu’elle est récupérée et valorisée.

Selon l’Ademe, l'industrie présente un potentiel de chaleur fatale de 109,5 TWh, soit 36 % de sa consommation de combustibles, dont 52,9 TWh sont perdus à plus de 100 °C. Et plus la température des fumées de combustion, des eaux de refroidissement, des vapeurs ou de l’air de refroidissement est élevée, plus il est facile de la réutiliser.

La récupération se fait en général au moyen d’un échangeur thermique ou de pompes à chaleur. La chaleur résiduelle peut être valorisée pour d’autres usages au sein d’une même usine. C’est alors un levier d’efficacité énergétique remarquable pour une installation industrielle. D'autres solutions de valorisation sont en cours de développement et de déploiement pour la valorisation en air comprimée, en électricité par exemple. Dans les deux cas, la récupération de la chaleur fatale permet de réduire la facture énergétique et d’alléger le bilan carbone de l’entreprise.

Quelques exemples de technologies permettant de valoriser la chaleur fatale :

• Economiseur sur chaudière vapeur
• Hydro-accumulateur

Les gaz verts dans le mix énergétique  

La transition carbone passe par la diminution des besoins énergétiques et l’amélioration de l’efficacité énergétique. Elle doit également veiller à préserver un mix énergétique, gage de sécurité.
La consommation de gaz verts s’inscrit dans un objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre, qu’elle soit motivé par une obligation réglementaire, une ambition RSE ou un accès au financement. Le système de garanties d’origine (GO) permet sa vente contractuelle à un consommateur et ainsi de répondre à ses motivations.  

Grâce au développement du biométhane, le gaz s’inscrit pleinement dans cette transition.  Ce gaz vert, produit localement à partir de la méthanisation de déchets ou de résidus organiques, permet de bénéficier d’une énergie renouvelable avec un niveau de qualité similaire au gaz naturel. GRDF s’est fixé pour ambition de produire 100 % de gaz renouvelable en 2050 sur le territoire français. Le biométhane deviendrait alors un pilier de l’indépendance énergétique de notre pays autant qu’un vecteur de l’économie circulaire.

D’autres procédés de production de gaz renouvelable et de récupération sont en cours de développement :

• la pyrogazéification (déjà plusieurs pilotes en France)
• le power-to-gas , qui consiste à transformer l’énergie électrique d’origine renouvelable non consommée en hydrogène.

Schéma de la pyrogazéification

Les réseaux de gaz ont de l’avenir.

Découvrez les avantages du biométhane pour la transition énergétique de votre industrie

CCUS : captage, stockage et valorisation du CO₂

En complément des dynamiques de modernisation de l’industrie citées précédemment, le captage, stockage et valorisation du CO₂ (CCUS pour Carbon Capture, Utilization and Storage en anglais) constitue une solution attendue et nécessaire pour contribuer à l’atteinte des objectifs ambitieux de décarbonation de l’industrie.

Lorsqu’il est implanté sur une installation fonctionnant avec des combustibles biosourcés, tels que le biométhane, le CCUS peut même constituer une opportunité d’émissions de carbone négatives.

Les dispositifs de CCUS contribuent à préserver la compétitivité et la résilience des industries concernées en agissant sur leurs émissions résiduelles de CO₂. Selon les technologies de captage et les industries concernées, la réduction des émissions peut dépasser 90 %.

Les différentes briques technologiques sont matures, et les développements en cours permettent d’envisager de nouvelles solutions thermiques gaz décarbonées dans les toutes prochaines années.

Le CCUS recouvre en réalité deux notions complémentaires qui chacune contribue à la réduction de l’empreinte carbone :

1. Stocker sous terre le CO₂ émis par l’industrie (CCS). L’exploitation de premiers stockages géologiques en mer du nord est prévue pour 2024. Dans les prochaines années, les installations industrielles de CCS qui pourraient être mises en service en France, permettraient d’éviter le rejet dans l’atmosphère de 1 à 5 millions de tonnes de CO₂ par an. 

2. Valoriser le CO₂ capté (CCU). Le CCU peut s’avérer un complément pertinent du CCS, d’autant que tous les acteurs industriels n’auront pas systématiquement accès aux infrastructures de transport et de stockage. D’effluent, le carbone émis par l’industrie devient une nouvelle matière première pour le secteur de l’énergie (recombinaison de CO₂ et d’hydrogène par ex.) et d’autres secteurs industriels, tels que la chimie ou les matériaux de construction. Une nouvelle économie circulaire ne demande qu’à naître !