Axe 2 : Intégration d’énergies bas-carbone et efficacité énergétique
Projets ciblés
Objets scientifiques
L’industrie est responsable pour environ 18% des émissions de gaz à effet de serre au niveau mondial. Ces émissions sont liées en majorité à la production de chaleur par la combustion de produits fossiles. Augmenter l’efficacité énergétique des procédés industriels, en particulier par une intégration de la chaleur fatale et décarboner la production de chaleur constituent sont donc des enjeux majeurs pour la décarbonation du secteur. Le remplacement des énergies fossiles pour la génération de chaleur et de froid doit être envisagé grâce à différents vecteurs : énergie solaire, combustibles décarbonés, électrification des procédés…
L’axe 2 traite des innovations pour l’efficacité énergétique et la chaleur décarbonée, à travers deux sous-champs thématiques :
- Les vecteurs énergétiques décarbonés
- La gestion de la chaleur
Cet axe est composé d’un seul projet ciblé appelé SHIP4D, qui traite des thématiques suivantes :
Combustibles décarbonés et solaire thermique pour la production de chaleur industrielle
Afin de répondre aux besoins de l’industrie en termes de production de chaleur haute température, l’usage de nouveaux types de combustibles sans carbone (hydrogène, ammoniac) ou neutres en carbone (à base de biomasse) peut être envisagé. Ce même objectif peut aussi être atteint grâce à l’énergie solaire thermique, plus ou moins concentrée.
Les thématiques de recherche sont :
- Amélioration de la connaissance des mécanismes de cinétique chimique d’oxydation (ammoniac, hydrogène, syngas) pour la maîtrise des émissions de polluants.
- Amélioration de la simulation numérique de la combustion avec prise en compte plus précise des phénomènes de turbulence.
- Amélioration des technologies de brûleurs et de réacteur de pyrolyse (gestion de la flexibilité, de changements dans la composition du combustible, etc.).
- Amélioration de l’intégration de la chaleur solaire dans les procédés industriels depuis la production d’utilités jusqu’à l’apport direct du rayonnement solaire concentrée (par exemple réacteur thermochimique solaire).
Electrification de la chaleur au cœur des procédés industriels
L’utilisation de l’électricité est déjà présente dans l’industrie et du fait du mix énergétique français (production nucléaire ou renouvelable) permet de contribuer à la décarbonation. Il reste cependant de nombreux procédés qui pourraient être électrifiés en particulier pour :
- La production, la conversion, l’activation d’éléments réactifs en phases gaz, liquide ou solide par électrocatalyse, électrosynthèse, etc.
- La production de chaleur par des technologies déjà établies (micro-ondes, chauffage radiant, induction, etc.) jusqu’à des moins matures comme les plasmas directement intégrés aux procédés.
Valorisation de la chaleur fatale
La récupération de chaleur résiduelle s’adresse à une large gamme de températures et donc à un large éventail de concepts ou de technologies potentielles :
- Des composants et des systèmes innovants pour la captation/valorisation de la chaleur fatale : pompes à chaleur haute température, cycles thermodynamiques alternatifs, échangeurs de chaleur (dont matériaux), etc.
- Le stockage de la chaleur, en particulier à haute température, permet de découpler l’offre et la demande de chaleur et entrera également dans le champ d’application, y compris les batteries géothermiques souterraines à grande échelle.
- Amélioration de la compréhension et de la caractérisation des modes combinés de transfert de chaleur (conduction, convection, rayonnement, changement de phase).
Nouveaux systèmes de production de froid
La production de froid reste certes minoritaire dans les émissions globales mais peut être largement plus efficace et optimisée. Deux aspects différents peuvent être considérés : une extraction efficace de la chaleur dans les industries énergivores ; production de froid, y compris la génération de point froid pour les procédés.
Les thématiques couvertes sont :
- Intensification des transferts thermiques, soit par le développement de nouveaux caloporteurs soit par configurations d’écoulement, combinaison de différents modes de transfert de chaleur ou encore texturation de la surface d’échange.
- Production de froid par sorption/thermochimie, refroidissement radiatif et réfrigérants à faible impact environnemental.