Projet ECOHEAT

Solutions efficaces pour la récupération et la valorisation de
chaleur fatale des fumées industrielles complexes

Projet coordonné par RAPSODEE center, IMT Mines Albi

Durée de 4 ans

2,67 millions d’euros de budget

1 partenaire industriel : Eco-Tech Ceram (SME)

Contexte et enjeu

Selon la stratégie SNBC (Stratégie National Bas Carbone) en France, pour atteindre l’objectif de neutralité carbone d’ici 2050, le secteur industriel français devrait réduire de 81 % les émissions de CO2eq. en 2050 par rapport à 2015. Parmi les actions majeures préconisées par la SNBC, il est obligatoire d’améliorer fortement l’efficacité énergétique des procédés industriels (cf. 20 à 40 % de gain en 2050 par rapport à 2015). Pour cela, environ 10 TWh/an de chaleur fatale de température supérieure à 100 °C (correspondant à environ 19 % du gisement total de chaleur fatale quantifié par l’ADEME en 2017) devraient être valorisés d’ici 2030.

Parmi les différentes solutions techniques développées pour le stockage de l’énergie thermique et plus particulièrement pour la récupération de la chaleur fatale, le stockage de chaleur sensible par thermocline est la technique la plus mature industriellement. Les systèmes de stockage de chaleur sensible les plus populaires ont été déployés dans les années 1980 pour les centrales solaires à concentration. Plus récemment, les systèmes de stockage du type thermocline ont également été déployés à l’échelle industrielle pour la valorisation des chaleurs fatales. On s’attend à ce que le risque de corrosion soit plus élevé pour les « fumées complexes » provenant d’autres secteurs industriels tels que la métallurgie, la cimenterie, la verrerie, etc…, qui contiennent des teneurs en polluants plus élevées que celles des « fumées propres ». La présence simultanée de la corrosion et de la fatigue thermomécanique peut avoir un effet combiné : la corrosion peut accélérer la fatigue thermomécanique, et vice-versa. Ainsi, afin de valoriser efficacement la chaleur résiduelle contenue dans les « fumées complexes », il est fondamental de comprendre et de contrôler les phénomènes qui ont lieu à l’intérieur du système de stockage thermocline. Il convient de noter que les « fumées complexes » représentent environ 80 % du gisement total de chaleur fatale, et qu’une majorité n’est
pas encore valorisée.

Objectifs scientifiques

Le projet ECOHEAT est consacré à la recherche fondamentale sur la compréhension de la corrosion et du comportement thermomécanique des matériaux métalliques et céramiques, en contact direct avec des fumées complexes dans une large gamme de températures (quelques dizaines à quelques centaines °C). En particulier, l’effet combiné entre la corrosion et la fatigue thermomécanique sera étudié.

L’objectif final du projet ECOHEAT est de générer suffisamment de données sur la corrosion et la fatigue thermomécanique pour différents systèmes de « matériau/environnement » et de valider un modèle numérique, qui permettra de dimensionner correctement les futurs systèmes de stockage thermocline pour la valorisation des « fumées complexes ». L’impact technico-économique et environnemental des solutions sélectionnées sera également évalué. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, le projet ECOHEAT mobilise des compétences adéquates d’experts académiques mais aussi industriels dans les domaines de la science de corrosion, de la mécanique des matériaux et du génie des procédés.