Etude 27 : Hybridation énergétique des procédés industriels

Les émissions du secteur industriel sont sur une tendance baissière, résultat des efforts de décarbonation menés par les industriels d’une part, et des prix de l’énergie élevés d’autre part.

Parmi les procédés industriels fortement émetteurs, certains sont difficilement décarbonables en raison de l’absence d’alternatives bas carbone compatibles avec ces procédés, ou d’un manque de disponibilité et de compétitivité de ces alternatives.

C’est notamment le cas pour les hautes températures (au-delà de 300°C), avec par exemple les secteurs de la métallurgie, des matériaux et de la chimie. L’hybridation peut alors constituer une solution adaptée pour réduire les émissions de ces procédés.

Cette étude se limite aux solutions d’hybridation :

• Entre le gaz naturel et l’électricité, ou entre le gaz naturel et l’hydrogène.
• Directe, c’est-à-dire que deux vecteurs énergétiques sont utilisés de manière immédiate et locale dans le processus de production, sans passer par des étapes intermédiaires de transformation ou de stockage importantes.

Les objectifs de l’étude sont les suivants :

• Pour les opérateurs industriels et prescripteurs, identifier des opportunités à court terme de projets de décarbonation via l’hybridation énergétique.
• Pour les offreurs de solutions et prescripteurs, comprendre et mieux appréhender les couplages possibles de technologies et les besoins technologiques des secteurs clients.

L’étude est réalisée en deux parties : 

1) La première partie de l’étude comprend un état des lieux sur les solutions électriques et la chaîne de valeur de l’hydrogène bas carbone, ainsi qu’une description des procédés thermiques de secteurs difficilement décarbonables en raison des hautes températures nécessaires (au-delà de 300°C) : industrie des matériaux, de la métallurgie et de la chimie.

2) Dans un second temps, des études de cas sont réalisées afin d’évaluer l’intérêt technico-économique de l’hybridation. Les études de cas ont consisté à hybrider les procédés considérés via :

• L’injection d’hydrogène à un taux compatible pour les brûleurs du four de fusion,
• Le réchauffage électrique de la zone avant feu du four de briques et tuiles,
• L’électrification par pompe à chaleur du sécheur pour améliorer la récupération de chaleur.

Parmi les conclusions de cette étude :

• Les hybridations présentées en deuxième partie de rapport assurent toutes la pérennité des procédés sans compromettre la qualité des produits finaux, l’hybridation agissant comme un complément énergétique, sans toutefois affecter le mécanisme de transfert de chaleur du procédé existant.
• Du point de vue économique, les résultats obtenus sur le périmètre français montrent une augmentation de la facture pour les cas d’hybridation métallurgie et matériaux.
• Pour le cas du four de fusion métallurgique, le scénario d’utilisation de l’hydrogène lorsque son coût est compétitif permet une faible réduction des émissions de CO2, mais à moindre coût.
• Dans le cas du four tunnel, l’hybridation par résistances électriques reste limitée et non compétitive.
• Concernant le sécheur rotatif, les performances de la PAC associées à la récupération de chaleur permettent au projet d’être rentable.