POMPES À CHALEUR
Install Magazine 1002 – février 2025
Les pompes à chaleur dans l’industrie
Après-midi d’étude d’Energik
Si l’UE veut devenir carboneutre d’ici 2050, il faudra également trouver des alternatives aux combustibles fossiles pour la chaleur industrielle. Les pompes à chaleur constituent ici une solution particulièrement intéressante. Le gain est en effet double : la PAC permet non seulement de décarboner la chaleur, mais elle représente également une bonne méthode pour utiliser la chaleur résiduelle. L’efficacité de l’ensemble du processus s’en trouve ainsi accrue, et on franchit par ailleurs une étape supplémentaire vers une économie plus circulaire. Afin d’informer les parties concernées sur le potentiel des pompes à chaleur dans l’industrie, Energik a organisé une journée d’étude qui a réuni une centaine d’intéressés.
Boucler la boucle
Energik est une organisation neutre dont l’objectif est de soutenir l’industrie dans la transition énergétique. L’association se profile comme un forum visant à réunir les différents partenaires. Pour la technologie de pompe à chaleur, Energik a fondé en son sein la plateforme frigorifique, dont la force motrice est le professeur Steven Lecompte (UGent), qui est spécialisé dans la réfrigération et les pompes à chaleur. Il a introduit la journée d’étude et a résumé quelques arguments en faveur du passage aux pompes à chaleur pour la chaleur industrielle.
Il faut effectivement envisager la durabilité dans un cadre plus large que celui de la seule problématique du CO2. Le changement climatique est naturellement un problème urgent ; et un premier effet favorable du passage aux PAC est la réduction des émissions en raison de l’électrification. D’un point de vue industriel, l’utilisation efficace de la chaleur résiduelle constitue un deuxième argument solide. La crise énergétique qui a suivi l’invasion russe en Ukraine a démontré la vulnérabilité de l’Europe face aux perturbations dans les livraisons de gaz et de mazout bon marché. En utilisant au maximum la chaleur résiduelle, les besoins en énergie primaire diminuent, ce qui nous permet d’importer moins de combustibles fossiles, tout en augmentant la sécurité d’approvisionnement de notre industrie.
Les pompes à chaleur peuvent être utilisées dans des secteurs très divers, mais c’est surtout le secteur agroalimentaire qui semble le plus prometteur. Les températures exigées se situent dans la plage de fonctionnement des PAC usuelles, avec des maximas compris entre 100 et 120°C. En outre, la chaleur résiduelle est disponible en quantité largement suffisante, et il y a habituellement également une demande de froid ; en résumé, les conditions sont parfaites pour une pompe à chaleur.
Pas de remplacement individuel systématique
Tant dans les présentations des cas pratiques que dans la table ronde finale, la journée d’étude est revenue sur quelques points d’attention. Le passage à une PAC exige ainsi une étude préalable approfondie du processus. On ne peut pas se contenter de remplacer comme cela une chaudière existante. Avec une chaudière, il y a relativement peu d’inconvénients liés au surdimensionnement et aux régimes de chauffage élevés. Par conséquent, de nombreux processus actuels sont conçus pour un système d’émission à haute température, même si cela n’est pas strictement nécessaire. Il en va autrement dans le cas d’une pompe à chaleur : il faut en effet d’abord faire un inventaire des températures et pressions réellement nécessaires. Cela démontre souvent que dans les systèmes existants, seuls quelques processus spécifiques nécessitent des températures vraiment élevées, et que de nombreux autres peuvent se contenter de régimes plus bas. Le passage à une pompe à chaleur est donc en même temps un exercice conduisant à une efficacité accrue.
Cela signifie qu’il y a plus d’adaptations nécessaires que pour un simple remplacement de chaudière, ce qui constitue un obstacle supplémentaire pour l’exploitant. Un autre frein tient dans le fait que les investissements dans l’accroissement de l’efficacité énergétique entre en concurrence avec les investissements dans le développement ou l’optimalisation de l’activité centrale. Il convient donc de pouvoir présenter un business case clair avec des délais d’amortissement compétitifs. En ce qui concerne le rôle des aides d’État, il a été décidé que les subventions sont bien sûr toujours les bienvenues, mais qu’elles ne suffisent pas pour l’instant à convaincre les entreprises industrielles. L’investissement lui-même doit être pertinent, avec une éventuelle aide gouvernementale comme cerise sur le gâteau. Dans la mesure où le prix de l’électricité est crucial pour la rentabilité d’un projet de pompe à chaleur, on pourrait envisager des mécanismes de soutien qui compensent la volatilité du marché.
Le soutien de la Flandre
Le Gouvernement flamand soutient la transition énergétique. Pour l’industrie, cela se déroule via l’agence Vlaio, sous le forme de différentes formules : Ecologiepremie+, Green of Strategische Ecologiesteun (STRES). Il y a également le ‘Transitie Contract Klimaatsprong’ dont le but consiste essentiellement à favoriser l’électrification en compensant le coût supplémentaire des émissions de CO2 évitées. Ceux qui trouvent tout cela complexe n’ont pas à s’inquiéter. Par l’intermédiaire de ses conseillers d’entreprise ou de son scanner du verdissement, Vlaio aide les entrepreneurs à trouver la bonne solution pour chaque situation.
R&D
La science n’est pas en reste ; des études sont menées dans de nombreux domaines. Elias Vieren (doctorante UGent) a donné un aperçu de la situation, en mettant l’accent sur les pompes à chaleur traditionnelles à cycle de compression, parce que ce sont celles qui se rapprochent le plus de la pratique actuelle. Un premier domaine de recherche concerne les réfrigérants. Il semble que nous nous dirigions principalement vers des réfrigérants naturels, dans la mesure où les HFO sont également concernés par la problématique des PFAS, mais pas tous dans la même mesure. Les hydrocarbures sont prometteurs, mais présentent un risque d’incendie et d’explosion.
Les compresseurs constituent un autre sujet de recherche, et ce afin d’atteindre des températures d’émission plus élevées et d’accroître ainsi le champ d’application des PAC. L’huile de lubrification représente ici un facteur contraignant. Celle-ci doit en effet pouvoir résister aux températures élevées dans le compresseur. D’où les recherches menées sur des compresseurs sans huile.
En outre, le fonctionnement des pompes à chaleur est envisagé dans un contexte plus large, incluant l’intégration dans les processus, les combinaisons avec d’autres technologie, sans oublier les aspects financiers. La numérisation joue également un rôle, au moyen -notamment- d’une simulation dynamique des processus. Cela permet d’optimiser le contrôle de l’installation et de détecter rapidement les anomalies.
Le potentiel d’application des pompes à chaleur dans l’industrie est donc considérable. Nous ne sommes encore que dans la phase initiale d’une évolution majeure.
Par Alex Baumans
(Source: UGent)
Quelques configurations possibles des pompes à chaleur industrielles. (Source: UGent)
