Réduction de l’empreinte carbone de l’industrie verrière
Les procédés de combustion dans l’industrie verrière utilisent en grande partie l’oxygène de l’air pour fondre les matières premières à hautes températures, cependant il existe d’autres technologies de combustion pour produire du verre ou des céramiques.
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Développées depuis plusieurs années pour combattre le réchauffement climatique et son impact environnemental, les technologies qui utilisent de l’oxygène à la place de l’air prennent un nouvel essor dans le cadre de la transition énergétique.
Elles présentent plusieurs avantages importants :
- Réduction du besoin en combustible fossile ;
- Réduction des émissions atmosphériques ;
- Réduction de l’empreinte carbone.
Ni comburant ni combustible, l’azote est un gaz qui ne produit pas de chaleur. Utiliser de l’air pour alimenter en oxygène un processus de combustion entraîne la présence d’azote qui n’est pas une source d’énergie thermique. Au contraire, l’azote est chauffé avec les gaz de combustion pour atteindre les températures de fusion des matières premières, ce qui se traduit par une consommation d’énergie superflue.
En réduisant le volume d’azote chauffé dans les fours de fusion, l'enrichissement en oxygène de l'air de combustion limite l’oxydation de l’azote à haute température et diminue la consommation énergétique. A cela s’ajoute une combustion plus efficace dans la mesure où les températures de fusion sont atteintes plus rapidement.
L’ensemble de ces différents effets réduit les émissions atmosphériques d’oxydes d’azote (NOx), celles de dioxyde de carbone (CO₂) et l’empreinte carbone globale des procédés de fabrication.
L’impact sur l’environnement est significatif car les oxydes d’azote favorisent la formation d'ozone dans l’atmosphère. Le dioxyde de carbone fait aussi partie des principaux gaz à effet de serre impliqués dans le changement climatique.
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Injection d’oxygène
De l’oxygène peut être injecté dans la veine d’alimentation d’un brûleur en air de combustion pour atteindre une concentration supérieure à 21%. Il est également possible d’injecter directement de l'oxygène au moyen d’une lance débouchant entre la flamme d’un brûleur à air et la charge à fondre.
La substitution totale d’air de combustion par de l’oxygène pur est la solution la plus intéressante du point de vue de l’efficacité énergétique. Elle réduit de 35% le besoin en combustible comparé à celui des fours récupératifs à air et de 15% par rapport aux fours régénératifs à air. Les émissions directes de CO2 (scope 1) sont réduites dans les mêmes proportions que la consommation de combustible.
La technologie HeatOx d’Air Liquide
Pour apporter encore plus d’efficacité énergétique à l’utilisation d’oxygène pur, la technologie HeatOx d’Air Liquide repose sur la récupération de la chaleur des fumées pour préchauffer l’oxygène et le combustible gazeux. Elle réduit la consommation en combustible de 10% supplémentaire par rapport à l’oxycombustion sans récupération de chaleur.
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Réduction de l’empreinte carbone
Air Liquide propose deux modes de fourniture d’oxygène bas carbone :
- Livraison sur site sous forme liquide ECO ORIGIN™ produit à partir de 100 % d’énergie renouvelable ;
- Production sur site sous forme gazeuse, en évitant les émissions de CO₂ liées à la liquéfaction de l’air et au transport sous forme liquide.
Les deux exemples suivants de mise en œuvre de la technologie HeatOx avec de l’oxygène produit sur site montrent une diminution de 23% à 41% de l’empreinte carbone en considérant les émissions directes de CO2 (scope 1) et les émissions indirectes issues de la production d’oxygène (scope 3).
Exemple de conversion d’un four régénératif à air :
| Energie MWhth/tverre |
kg CO₂ émis /tverre | |||
| Combustion Méthane | Production Oxygène | Total | ||
| 100% Air | 1,17 | 521,00 | 0 | 521,00 |
| 100% O₂ | 1,00 | 443,00 | 3,20 | 445,20 |
| 100% O₂ + HeatOx |
0,90 | 399,00 | 2,90 | 401,90 (-23%) |
Exemple de conversion d’un four récupératif à air :
| Energie MWhth/tverre |
kg CO₂ émis /tverre | |||
| Combustion Méthane | Production Oxygène | Total | ||
| 100% Air | 1,54 | 682,00 | 0 | 682,00 |
| 100% O₂ | 1,00 | 443,00 | 3,20 | 445,20 |
| 100% O₂ + HeatOx |
0,90 | 399,00 | 2,90 | 401,90 (-41%) |
Hypothèses :
- CO₂ émis par la combustion de gaz naturel (méthane) : 443 g CO₂ / kWhth
- Besoin en O₂ pour produire 1 MWhth/tverre : 200 m3/tverre
- Empreinte carbone de l’oxygène : 16 g CO₂ / m3 O₂ (production sur site en France)
