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Oct 15, 2023

L'industrie néo-zélandaise brûle l'équivalent de 108 litres d'essence par seconde

Maître de conférences en génie des procédés et de l'énergie, Université de Waikato

Maître de conférences en génie des procédés et de l'énergie, Université de Waikato

Professeur agrégé, Université de Waikato

Timothy Gordon Walmsley reçoit un financement du MBIE.

James K Carson reçoit un financement de MBIE.

L'Université de Waikato fournit des fonds en tant que membre de The Conversation NZ.

L'Université de Waikato fournit des fonds en tant que membre de The Conversation AU.

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La Nouvelle-Zélande brûle l'équivalent de 108 litres d'essence chaque seconde dans le charbon et le gaz naturel pour générer de la chaleur pour les processus industriels. Cette combustion de combustibles fossiles pour la chaleur industrielle génère 28 % des émissions liées à l'énergie de la Nouvelle-Zélande.

L'industrie a besoin de grandes quantités de chaleur pour un large éventail d'activités, notamment pour transformer des aliments de base, fabriquer des matériaux pour la construction de maisons et produire des emballages pour des biens de tous les jours.

Mais il est très clair que pour atteindre une économie à zéro carbone net d'ici 2050, nous devons intensifier l'utilisation des technologies d'énergie renouvelable pour générer de la chaleur industrielle, au lieu de brûler des combustibles fossiles.

Le gouvernement utilise une approche de la carotte et du bâton pour favoriser la transition vers une énergie à faible émission de carbone et renouvelable. Le « bâton » oblige l'industrie à éliminer progressivement les chaudières à charbon pour les applications de chaleur à basse et moyenne température d'ici 2037. La nouvelle exploration du gaz naturel a également effectivement pris fin, ce qui entraînera de futures diminutions de l'approvisionnement en gaz.

La « carotte » est le fonds d'investissement gouvernemental dans les initiatives de décarbonisation. Les résultats à ce jour sont significatifs, les industriels se tournant vers des solutions éprouvées : gains d'efficacité énergétique, chaudières biomasse, chaudières à électrodes et pompes à chaleur, parfois associées à des batteries électriques ou thermiques.

Ces technologies sont propres et vertes, mais elles sont également adaptables aux besoins industriels. Voyons quelles sont ces différentes options.

La première option - accroître l'efficacité énergétique - est celle où toutes les entreprises industrielles devraient commencer leur parcours de décarbonisation. Il réduit le besoin de fournir de la chaleur en premier lieu. Minimiser la demande de chaleur signifie également que les chaudières de remplacement peuvent avoir des capacités plus petites, ce qui réduit les coûts d'investissement.

La deuxième option consiste à utiliser des chaudières à biomasse. Au cours des deux dernières années, des chaudières à biomasse ont été déployées sur plusieurs grands sites industriels.

Ces chaudières brûlent des biocarburants, généralement un sous-produit du secteur de la transformation du bois, comme la sciure, les copeaux de bois et les granulés de bois, pour générer la vapeur et l'eau chaude nécessaires à un site. Fonterra, par exemple, construit actuellement une nouvelle chaudière à biomasse de 30 mégawatts sur son site de Waitoa.

Lire la suite: Les agriculteurs néo-zélandais s'inquiètent des «fuites de carbone» s'ils doivent payer pour les émissions, mais ils pourraient gagner à jouer le long jeu

Les chaudières à biomasse remplacent à l'identique les chaudières à combustibles fossiles. Mais leur utilisation n'est pas simple. Personne ne sait vraiment quelle sera la disponibilité future de la biomasse à faible coût en raison de l'expansion rapide du marché ces dernières années, de l'incertitude autour des sources de biomasse et de l'augmentation de la demande.

La troisième option consiste à utiliser des chaudières à électrodes. Ceux-ci sont peu coûteux à installer mais ils utilisent l'électricité comme source d'énergie. Le coût de cette chaleur est généralement trois fois plus élevé que celui des combustibles fossiles. L'industrie est également souvent exposée au marché au comptant de l'électricité où le prix varie considérablement à la fois quotidiennement et saisonnièrement, ce qui présente à la fois un risque et une opportunité.

Le fabricant et fournisseur de produits laitiers Open Country Dairy, aidé par la technologie de "contrôle intelligent" de Simply Energy, a récemment installé une chaudière à électrodes à côté de sa chaudière à charbon existante. La chaudière à électrodes s'éteint lorsque le prix de l'électricité est élevé, déplaçant la charge vers le charbon, et se rallume lorsque le prix est suffisamment bas. Il s'agit d'une solution rentable, mais invariablement une mesure provisoire à mesure que le charbon disparaît.

La quatrième option – les pompes à chaleur – utilise un autre type de technologie. Sur le papier, les pompes à chaleur industrielles ont le potentiel d'atteindre plus de deux à trois fois les niveaux de performance des chaudières à biomasse ou à électrodes, bien que souvent à des températures de chauffage plus basses. De meilleures performances signifient des coûts d'exploitation proportionnellement inférieurs. La technologie actuelle des pompes à chaleur permet de chauffer jusqu'à environ 90°C.

Des sites de transformation de la viande comme ANZCO et Silver Fern Farms, tous deux près de Christchurch, utilisent des pompes à chaleur pour récupérer et améliorer la chaleur résiduelle de leurs refroidisseurs afin de générer l'eau chaude dont ils ont besoin. C'est une autre façon intelligente d'utiliser la technologie conventionnelle.

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À l'avenir, nous aurons besoin de pompes à chaleur dépassant largement les 90 °C pour accroître leur applicabilité à un plus large éventail de sites industriels. En Europe, de nombreuses unités de démonstration de la technologie actuelle peuvent désormais fournir un chauffage jusqu'à 150°C en utilisant un fluide frigorigène HFO (gaz à effet de serre fluorés de synthèse) ou CO₂.

Les réfrigérants HFO ont été positionnés comme la réponse aux gaz appauvrissant la couche d'ozone, mais des recherches récentes expriment des inquiétudes quant à leur dégradation en "produits chimiques éternels" avec de graves implications pour la santé humaine et environnementale. L'Union européenne prévoit désormais d'éliminer rapidement et d'interdire leur utilisation d'ici 2026.

MAN Energy Solutions, qui s'est récemment associé à Fonterra, propose une pompe à chaleur CO₂ qui peut également produire de l'eau chaude à 150°C avec un rapport de performance chaleur/électricité de près de trois. Cela signifie qu'il n'utilise qu'un tiers de l'électricité pour générer la même quantité de chaleur qu'une chaudière à électrodes.

Ces quatre options ont toutes un rôle essentiel à jouer dans la décarbonation de l'industrie néo-zélandaise. Différents sites exigeront différentes solutions qui combineront souvent plusieurs approches pour obtenir la solution la plus rentable.

Traditionnellement, la Nouvelle-Zélande est un importateur de technologies énergétiques. Cependant, la forte demande de technologies de pointe en matière de chaudières et de pompes à chaleur sur des marchés beaucoup plus vastes en Europe et ailleurs pourrait rendre difficile pour les entreprises néo-zélandaises l'accès aux installations et à l'assistance technique nécessaires sans de longs délais d'attente.

Si nous pouvions développer et fabriquer les nôtres, nous pourrions fournir des solutions personnalisées à l'industrie néo-zélandaise. Bon nombre des emplois manufacturiers « verts » associés seraient également situés ici, chez nous.

Lire la suite : Il est temps de puiser dans une source d'énergie sous-utilisée : la chaleur perdue

La décarbonisation de la chaleur industrielle présente un énorme défi mais aussi une opportunité. L'enjeu est d'effectuer la transition énergétique assez rapidement pour limiter le changement climatique tout en maintenant les coûts de l'énergie suffisamment bas pour rester en activité.

Alors que nous effectuons cette transition, nous avons également besoin d'un changement de paradigme dans l'attitude et l'ambition envers les voies de recherche, de développement et de fabrication pour la technologie de pointe afin de maximiser les avantages pour New Zealand Inc.