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Un chercheur de l'EPFL a développé un modèle mathématique pour optimiser le transfert de chaleur dans les usines et réduire considérablement la consommation d'eau et d'énergie. Le modèle pourrait, en théorie, réduire la consommation d'eau de 60 % dans une papeterie canadienne et permettre à l'usine de produire jusqu'à six fois plus d'électricité.
La fabrication de biens de consommation nécessite de grandes quantités d'eau, chaleur et électricité. Les entreprises qui fabriquent ces articles produisent de grandes quantités de CO
Maziar Kermani, chercheur au sein du groupe Génie des procédés industriels et des systèmes énergétiques (IPESE) de l'EPFL, qui est dirigée par le professeur François Maréchal, a mis au point un modèle mathématique pionnier qui pourrait réduire la quantité d'eau et d'énergie utilisée dans les processus industriels. Il a développé un moyen de recycler la chaleur et l'énergie perdues et d'utiliser des technologies de bioraffinerie – combinant turbines et fluides organiques – pour augmenter la production d'électricité.
Kermani a appliqué son modèle à une papeterie canadienne. Il a trouvé que, en théorie, cela pourrait réduire la quantité d'eau utilisée par l'entreprise de 820 kg à 230-300 kg par seconde (une baisse d'environ 60 pour cent). Il pourrait également permettre à l'usine de produire plus de six fois plus d'électricité (de 3 MW à environ 20 MW). Ses découvertes ont été publiées dans Energies.
Recyclage continu de l'eau et de la chaleur
Kermani a testé sa théorie sur la pâte kraft – de loin la méthode de fabrication de papier la plus populaire dans l'industrie.
Les copeaux de bois sont mouillés, cuit (dans des digesteurs), lavé, séché et blanchi pour faire de la pâte. Tout cela produit de grandes quantités de vapeur qui, en plus d'être utilisé dans le processus lui-même, génère plus qu'assez d'électricité pour alimenter la centrale. L'énergie excédentaire peut alors être vendue.
Selon Kermani, cependant, le système actuel est loin d'être optimal. "D'énormes quantités d'eau et d'énergie sont gaspillées parce que les étapes du processus ne sont pas connectées, " explique-t-il. " Par exemple, le moulin utilise de l'eau froide pour laver et refroidir la pâte. Mais cette eau, qui contient de la chaleur précieuse, est alors rejeté. De même, la vapeur à haute pression est produite en brûlant de la liqueur noire à des températures extrêmement élevées - environ 1, 200°C. La vapeur alimente les turbines pour produire de l'électricité et fournit une source de chaleur pour d'autres processus, mais c'est trop énergivore à produire."
Fluides organiques
Dans son papier, Kermani décrit plusieurs façons dont l'eau chauffée pourrait être réutilisée. Il recommande également d'introduire des cycles de Rankine organiques, qui reposent sur une propriété particulière des fluides organiques :le fait qu'ils se transforment en vapeur à haute pression à des températures relativement basses (250°C). "L'utilisation de fluides organiques permettrait à l'usine de produire la vapeur dont elle a besoin en utilisant de l'eau chaude récupérée à des températures basses à moyennes, " il explique.
La firme canadienne a manifesté son intérêt pour le modèle de Kermani. « Par rapport aux méthodes strictement mathématiques et limitées, l'approche proposée fournit des informations pertinentes pour la conception préliminaire des réseaux d'échangeurs de chaleur industriels impliqués dans les pâtes et papiers, " déclare l'expert canadien en procédés industriels Marzouk Benali, qui est chargé d'optimiser les processus de cette entreprise. "Sa flexibilité offre des opportunités d'évaluer les impacts directs de l'intégration des technologies émergentes de bioraffinerie dans les grandes installations existantes."
Le modèle de Kermani a également des applications potentielles dans d'autres secteurs et industries.
