Séchage électrique économe en énergie à la vapeur surchauffée
Ce procédé de séchage permet de réaliser d'importantes économies d'énergie et rend inutile l'utilisation de gaz naturel
Les procédés de séchage industriels consomment d’importantes quantités d’énergie et ont un impact négatif sur le climat, car ils brûlent des combustibles fossiles pour chauffer l’air. Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer d’ingénierie interfaciale et de biotechnologie (IGB) travaillent avec des partenaires industriels sur une nouvelle approche visant à décarboner ce procédé : au lieu d’utiliser de l’air chaud, ils ont recours à de la vapeur surchauffée. Associé à une pompe à chaleur et à des systèmes de régulation intelligents, leur procédé de séchage à la vapeur surchauffée permet de réaliser d’importantes économies d’énergie et d’éliminer le recours au gaz naturel.
Le séchage est un procédé essentiel largement utilisé dans de nombreux secteurs, notamment les industries du papier, du ciment et des produits chimiques. Il s'agit d'une étape clé dans la production, la transformation et le traitement des minéraux, des denrées alimentaires ou des détergents, par exemple. D'innombrables matériaux, produits et matières premières sont séchés afin de les conserver, de permettre leur transformation ultérieure ou de préserver leur qualité. Les procédés de séchage actuels reposent sur l'utilisation d'air chaud. Les chercheurs du Fraunhofer IGB adoptent désormais une approche différente : dans le cadre du projet LowCarbDry, ils remplacent l’air chaud par de la vapeur surchauffée à pression atmosphérique tout en électrifiant le processus de séchage à l’aide d’une pompe à chaleur. L’équipe travaille en étroite collaboration avec Evonik Operations GmbH et le groupe Pergande sur ce développement. L’objectif du projet est de réduire considérablement la consommation d’énergie et de favoriser l’intégration des systèmes énergétiques en passant des combustibles fossiles, tels que le gaz naturel, à l’électricité issue de sources renouvelables. En utilisant de la vapeur surchauffée produite à partir d’électricité, les partenaires visent à réduire la demande énergétique liée au séchage d’un facteur compris entre 2 et 4, en fonction de la méthode de séchage et du niveau de température.
La vapeur surchauffée réduit la consommation d’énergie
« Le séchage industriel consomme une quantité d’énergie considérable. Lors du séchage à l’air chaud, l’air doit être chauffé pour que l’humidité s’évapore. Cela implique généralement la combustion de gaz naturel, ce qui augmente considérablement les émissions de carbone. Mais surtout, une partie de l’énergie est perdue dans l’atmosphère par le biais de l’air d’échappement chaud », explique Antoine Dalibard, chercheur au Fraunhofer IGB. « Au lieu de sécher des produits humides à l’air chaud, nous utilisons de la vapeur sèche surchauffée dans un système en boucle fermée. La fermeture du circuit de gaz de procédé minimise les pertes de chaleur vers l’extérieur, ce qui rend le procédé plus économe en énergie que les méthodes traditionnelles de séchage à l’air chaud », explique M. Dalibard. La vapeur excédentaire libérée lors du séchage des produits peut ensuite être condensée. Cela produit une chaleur de condensation à une température d’environ 90 à 100 °C, qui peut être réutilisée pour de nombreux autres procédés ou injectée dans un réseau de chauffage local.
Augmenter la part d’électricité verte tout en réduisant encore les coûts d’exploitation
Grâce à une pompe à chaleur, le procédé peut être davantage électrifié, ce qui permet d’économiser de l’énergie, d’augmenter le rendement énergétique et de réduire les coûts d’exploitation. « La pompe à chaleur augmente la température de la vapeur à basse température issue du processus de séchage, de sorte que la chaleur puisse être réutilisée dans la suite du processus de séchage », explique M. Dalibard. La récupération de chaleur de cette manière peut encore améliorer l’efficacité énergétique d’une installation industrielle. L’utilisation de vapeur surchauffée comme agent de séchage permet également l’intégration d’un type particulier de pompe à chaleur ouverte : un système basé sur la recompression mécanique de la vapeur. Des compresseurs augmentent la pression de la vapeur excédentaire générée pendant le processus de séchage. La vapeur comprimée est ensuite condensée et réutilisée pour fournir la chaleur nécessaire au séchage, ce qui se traduit par une efficacité énergétique nettement améliorée.
Associée à un système de contrôle innovant, l’usine peut gérer le processus de séchage avec davantage de souplesse : le contrôle prédictif par modèle permet au système de ne fonctionner que lorsque l’électricité est bon marché grâce à une forte disponibilité en énergies renouvelables. Cela augmente la part d’électricité renouvelable tout en réduisant encore les coûts d’exploitation. Ensemble, ces trois approches innovantes — le séchage à la vapeur, les pompes à chaleur et une plus grande flexibilité — permettent de réduire la consommation d’énergie jusqu’à 80 %, ce qui décarbonise considérablement les processus de séchage industriels.
La technologie de la vapeur surchauffée peut être utilisée dans divers types de séchoirs, notamment les séchoirs à bande, à tambour et à pulvérisation. « Nous avons déjà testé notre procédé de séchage dans un large éventail d’applications. Ce procédé nous a permis de sécher des matières premières minérales, des matériaux de construction, des résidus organiques, ainsi que des denrées alimentaires et des aliments pour animaux, tout en préservant la qualité des produits et en maintenant un haut rendement énergétique », explique M. Dalibard. Les partenaires du projet ont déjà mis en service des systèmes pilotes de séchage par atomisation à la vapeur surchauffée.
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