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Les processus industriels produisent de grandes quantités de chaleur. Mais lorsque l’air ou les produits doivent être refroidis, ils sont généralement rejetés dans l’environnement sous forme de déchets.
L’industrie représente près d’un tiers de la consommation d’énergie de l’UE. Face à l’augmentation des prix des combustibles et des coûts du carbone, les systèmes de récupération de la chaleur résiduelle permettent de réaliser d’importantes économies et pourraient considérablement réduire les émissions de carbone.
Dans le cadre du projet ETEKINA, financé par l’UE, les chercheurs se sont intéressés à d’innovants échangeurs de chaleur à caloducs (HPEP pour «heat pipe heat exchanger»), des systèmes qui utilisent des réseaux de tubes scellés remplis de fluide pour récupérer la chaleur des flux de déchets tels que les gaz d’échappement.
L’équipe a travaillé spécialement pour trois industries pilotes complexes. Ces prototypes sont toujours en service, bien après la fin du projet, explique Hussam Jouhara, coordinateur technique du projet ETEKINA.
Faire progresser la technologie des caloducs
Les caloducs sont un outil efficace pour récupérer la chaleur des processus industriels. Comme un réfrigérateur ou un climatiseur, ils utilisent un cycle d’ébullition/condensation à l’intérieur d’un tube métallique hermétiquement scellé pour transférer l’énergie thermique d’un endroit à un autre.
Les HPHE utilisent de nombreux caloducs qui fonctionnent ensemble dans un système confiné. Lorsque les flux de chaleur résiduelle traversent l’échangeur, les caloducs absorbent la chaleur et la transfèrent à un fluide caloporteur. La chaleur recyclée est ensuite renvoyée à un point du processus industriel où elle est nécessaire.
Le projet ETEKINA a développé trois systèmes d’échangeurs de chaleur pour trois entreprises représentant différents secteurs de l’industrie: une usine de production de pièces automobiles en aluminium en Espagne, une fonderie d’acier en Slovénie, et un fabricant de carreaux de céramique en Italie.
«Le projet a été marqué par la collaboration de ses partenaires, et il a été structuré de manière à ce que les partenaires locaux puissent directement aider les utilisateurs finaux», explique Hussam Jouhara.
Les HPHE ont été conçus et fabriqués par le groupe de recherche Heat Pipe and Thermal Management de l’université Brunel de Londres, dirigé par Hussam Jouhara, et par le fabricant d’échangeurs de chaleur Econotherm, avec la participation directe des partenaires du projet ETEKINA afin de garantir la compatibilité du système avec les processus envisagés.
«Nous avons réussi à mettre en œuvre la technologie des caloducs pour des applications extrêmement complexes de récupération de la chaleur résiduelle dont la réalisation était jugée impossible en raison des flux instables, des températures élevées et de la compatibilité du contrôle avec le processus», ajoute Hussam Jouhara.
Démontrer la viabilité de la technologie
La technologie HPHE d’ETEKINA a permis de réduire d’au moins 40 % l’énergie thermique perdue par toutes les industries concernées. Le retour sur investissement de la technologie a été de neuf mois pour la fonderie d’acier et de moins de 24 mois pour les deux autres installations. Les unités sont toujours en service et aident les entreprises concernées à réaliser d’importantes économies, surtout si l’on tient compte de l’augmentation des coûts de l’énergie au cours des deux dernières années.
«Ces installations ont permis de récupérer de manière stable et efficace des flux de chaleur résiduelle très difficiles à réinjecter dans le processus», souligne Hussam Jouhara, qui ajoute que le projet a démontré la valeur des HPEP pour l’industrie.
Fermer la boucle de la chaleur et de l’eau
Les chercheurs d’ETEKINA développent désormais leurs technologies pour mettre au point d’autres systèmes de récupération. L’objectif consiste à intégrer ces systèmes dans l’ensemble des industries européennes dans un avenir proche.
«L’échangeur de chaleur a fait l’objet d’un développement important dans le cadre d’un autre projet soutenu par l’UE, iWAYS», explique Hussam Jouhara. Il est également directeur technique du projet iWAYS et inventeur de la technologie de condensation qui sera démontrée dans le cadre de ce projet dans de nombreux endroits en Europe. Son objectif est de décarboner davantage les usines européennes et de faciliter la récupération de l’eau à partir des flux d’échappement industriels.
«ETEKINA a démontré que la technologie des caloducs était une option viable pour de nombreuses autres industries qui n’ont pas été mises en avant», conclut Hussam Jouhara. «C’est un excellent exemple de la manière dont le programme européen Horizon 2020 contribue directement aux industries européennes.»