Décarbonation : votre stratégie pour atteindre la neutralité carbone dans les industries de process
La décarbonation n'est plus un choix, c'est la stratégie d'avenir pour les industries de process : alors que des secteurs tels que la chimie, la sidérurgie et le pétrole et le gaz sont confrontés à un parcours difficile vers la neutralité carbone, chaque entreprise a une opportunité majeure de réduire son empreinte carbone
En bref
- Double défi : Les industries de process essentielles (p. ex. les produits chimiques, l'acier, le ciment, l'énergie) doivent faire face à la fois à la forte intensité énergétique de leurs activités et aux émissions inhérentes à leurs process.
- Quatre principes fondamentaux : Pour atteindre la neutralité carbone, il faut une stratégie claire qui repose sur quatre piliers : l'optimisation des process, les carburants propres, les énergies renouvelables et l'économie circulaire.
- Réduction ciblée : Le succès commence par la minimisation des déchets et des émissions directes, en tirant parti de technologies telles que le CCUS (captage, utilisation et stockage du carbone).
- Passage à l'énergie propre : Une transition nécessaire implique l'adoption de carburants tels que l'hydrogène vert et l'intégration de sources d'énergie renouvelables grâce à l'électrification.
- Stratégie par étapes : La mise en œuvre doit suivre une approche par étapes afin de gérer les risques, d'assurer un apprentissage continu et de créer une dynamique favorable à la réussite de la décarbonation.
- Action collective : Pour accélérer la transition, il est nécessaire de mettre en place une collaboration étroite tout au long de la chaîne de valeur et de tirer parti de l'expertise des fournisseurs d'instrumentation et de technologies.
Qu'est-ce que la décarbonation ?
La décarbonation est le processus visant à réduire l'impact environnemental des émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Elle consiste à réduire les émissions, à capturer le carbone, à optimiser l'efficacité des process et à passer à des sources de carburant alternatives. Plus qu'une tendance, il s'agit d'une réponse cruciale au changement climatique, alimenté par les émissions de gaz à effet de serre. Par conséquent, même si certaines industries sont intrinsèquement plus intensives en carbone que d'autres, chaque industrie de process recèle un potentiel d'atténuation significatif. En effet, la décarbonation industrielle est devenue un enjeu dans tous les secteurs d'activité.
Les questions liées à la pollution sont si urgentes qu'elles sont devenues un défi mondial crucial, qui exige des mesures immédiates et décisives pour répondre aux impératifs environnementaux liés au changement climatique, notamment les objectifs de neutralité carbone, fixés par consensus international, comme l'Accord de Paris.
Êtes-vous prêt à relever le défi de la neutralité carbone et à améliorer la réduction de l'empreinte carbone de votre entreprise ? Cet article démêle la complexité du sujet et vous présente les méthodes pratiques de décarbonation ainsi que le rôle essentiel de la technologie dans les industries de process.
Comment les process les plus intensifs en carbone influencent-ils les objectifs de décarbonation industrielle ?
Plusieurs industries font face à des défis uniques dans leur poursuite de la décarbonation en raison de l'intensité des émissions de carbone inhérentes à leurs process de base. Il s'agit notamment des secteurs suivants :
- Produits chimiques et raffinage du pétrole : Le procédé de raffinage, notamment la production d'hydrogène par reformage du méthane à la vapeur (SMR) du gaz naturel, est une source majeure d'émissions de dioxyde de carbone. Cet hydrogène est essentiel pour divers procédés, notamment l'hydroraffinage, qui élimine le soufre et les autres impuretés des produits raffinés. Ce même procédé est également utilisé pour la fabrication de l'ammoniac utilisé dans la production d'engrais et pour d'autres process de fabrication importants.
- Fabrication du ciment et de la chaux : La production du ciment et de la chaux implique une calcination, un process à haute température qui libère du dioxyde de carbone comme sous-produit. L'utilisation répandue des combustibles fossiles comme le charbon et le coke de pétrole dans ces process exacerbe leur empreinte carbone.
- Fabrication du fer et de l'acier : La transformation du minerai de fer en fer et en acier, qui repose largement sur les hauts fourneaux et les fours à oxygène de base, libère des quantités importantes de dioxyde de carbone. Cela est aggravé par la forte consommation énergétique des process en aval, tels que la coulée continue, le laminage à chaud et d'autres opérations de formage.
- Agroalimentaire : De l'agriculture et de l'approvisionnement à la transformation, l'emballage et la distribution, le secteur agroalimentaire dépend fortement des combustibles fossiles à différentes étapes, ce qui augmente son empreinte carbone globale.
Ces industries, bien que fondamentales à la société moderne, représentent une part importante des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Aux États-Unis seulement, elles représentent plus de 75 % des émissions totales de dioxyde de carbone industriel.
Les industries contribuent de manière significative aux émissions mondiales de gaz à effet de serre.
Perspectives
Les secteurs des produits chimiques, du pétrole, du ciment et de la chaux ainsi que de l'agroalimentaire représentent plus de 75 % des émissions totales de dioxyde de carbone industriel.
Source: ourworldindata.org
Réduire ces émissions est non seulement un impératif environnemental, mais est également indispensable pour remplir les engagements environnementaux, sociaux et de gouvernance (ESG) des entreprises, et assurer la pérennité économique à long terme.
Relever les défis interdépendants de l'intensité énergétique et des émissions de process
En ajoutant une nouvelle couche de complexité, nombre de ces process à fortes émissions de carbone sont en plus fortement énergivores. Cela crée un double défi : réduire les émissions provenant des process eux-mêmes, tout en décarbonant les sources d'énergie utilisées pour les alimenter.
Les raffineries, par exemple, ont besoin d'énormes quantités d'énergie pour des process tels que l'hydrocraquage, la distillation atmosphérique et le craquage catalytique. La dépendance vis-à-vis des combustibles fossiles pour ces besoins énergétiques amplifie encore l'impact environnemental de ces process.
Les raffineries modernes offrent de nombreuses opportunités de décarbonation.
La production de ciment et de chaux repose largement sur les fours rotatifs pour un processus appelé calcination, au cours duquel le calcaire et d'autres minéraux sont chauffés à haute température. Cela libère des quantités importantes de dioxyde de carbone et l'âge d'une installation joue un rôle significatif dans l'efficacité. Les installations anciennes manquent souvent de systèmes de préchauffage avancés, ce qui entraîne une récupération de chaleur plus faible et une réduction globale de l'efficacité énergétique et opérationnelle.
Pour augmenter l'efficacité énergétique, les matières premières d'une cimenterie peuvent être préchauffées avant d'entrer dans le four.
Les process de production du fer, de l'acier et d'autre métaux nécessitent également d'énormes apports énergétiques pour le chauffage, la fusion et le formage, et dépendent souvent fortement des combustibles fossiles tels que le gaz naturel et le charbon. Pour relever efficacement ces défis interdépendants, les industries de process doivent adopter une stratégie globale de décarbonation basée sur quatre principes fondamentaux, chacun soulignant les points essentiels pour atteindre un fonctionnement neutre en carbone.
Quatre principes fondamentaux pour une stratégie solide de décarbonation
Stratégie
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Réduire au minimum les émissions de carbone grâce à l'optimisation des process
Le premier principe fondamental consiste à réduire au minimum ou à éliminer les sous-produits directs des process qui génèrent des émissions de dioxyde de carbone. Cela nécessite souvent un changement opérationnel radical avec des technologies novatrices. L'optimisation des process consiste généralement à affiner les opérations existantes afin de réduire au minimum la consommation d'énergie et la production de déchets. Cela peut être obtenu grâce à des systèmes de contrôle des process avancés, à l'analyse de données et à la mise en œuvre de bonnes pratiques pour l'utilisation des ressources. La recherche et la mise en œuvre de technologies alternatives qui génèrent par nature moins de carbone sont également essentielles. Cela peut inclure la transition vers des sources d'énergie électrique renouvelables lorsque cela est possible, en utilisant des équipements plus efficaces et en mettant en œuvre des technologies de captage, d'utilisation et de stockage du carbone (CCUS) pour les émissions inévitables. L'objectif principal du CCUS, par exemple, est de prévenir la libération de dioxyde de carbone dans l'atmosphère en recueillant et en stockant les gaz d'échappement. Dans certains cas, un remaniement complet du process peut être nécessaire pour réduire sensiblement les émissions. Une transition vers des méthodes de production entièrement nouvelles, utilisant différentes matières premières ou explorant des chimies alternatives qui réduisent ou éliminent la production de dioxyde de carbone est alors possible.
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Adoption de combustibles propres
Le deuxième principe fondamental se concentre sur l'abandon des combustibles fossiles et l'adoption de solutions production d'énergie plus propres, comme l'hydrogène, pour décarboner les industries de process. L'hydrogène vert est produit par électrolyse à partir de sources d'énergie renouvelables, fournissant ainsi une source de combustible totalement exempte de carbone. Il représente un potentiel immense pour diverses applications au sein des industries de process, y compris le remplacement du gaz naturel dans les process haute température, et sert de matière première à la production de produits chimiques et de carburants à faible teneur en carbone. Les biocarburants sont dérivés de sources renouvelables telles que les déchets agricoles, les résidus de bois et d'autres matières organiques, offrant ainsi une alternative plus durable aux combustibles fossiles. Même si leur combustion rejette du dioxyde de carbone, ces process sont considérés comme neutres en carbone, car le carbone a été absorbé de l'atmosphère pendant la croissance de la matière première.
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Décarbonation de la consommation énergétique
Le troisième principe fondamental concerne la transition vers des sources d'énergie plus propres pour tous les aspects de la consommation d'énergie, de l'entraînement des machines et équipements à l'approvisionnement en chaleur pour divers process. L'intégration de sources d'énergie renouvelables – telles que l'énergie solaire, éolienne, hydraulique et géothermique – dans le mix énergétique est cruciale. Il peut s'agir d'une génération sur site grâce à des fermes solaires ou à des éoliennes, d'un approvisionnement en énergies renouvelables provenant d'utilités et de la participation à des contrats d'achat d'énergie renouvelable. Dans la mesure du possible, l'électrification peut également réduire considérablement les émissions. Cela vaut particulièrement pour les process tels que le chauffage et le transport, où les alternatives électriques deviennent de plus en plus viables et rentables.
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Réduction des déchets et des produits pour plus de circularité et d'efficacité
Le quatrième principe fondamental concerne l'importance de minimiser les déchets tout au long du process de production afin de réduire la consommation d'énergie et les émissions. La mise en œuvre de systèmes de contrôle de process avancés et d'analyse de données sur la base de données obtenues par des instruments peut aider à identifier les inefficacités et à optimiser les process dans le but de réduire à la source la génération de déchets. De plus, les flux de déchets peuvent être convertis en produits ou matières premières de valeur pour d'autres applications, contribuant à une économie circulaire et à réduire la charge environnementale des sous-produits. En mettant en œuvre ce fondement, les organisations facilitent le changement de mentalité du modèle linéaire "extraire-fabriquer-jeter" vers les principes de l'économie circulaire, axés sur la réutilisation, la requalification et le maintien des ressources en circulation aussi longtemps que possible. Cette philosophie est essentielle à la viabilité à long terme.
Création d'une dynamique pour un succès à long terme grâce à une approche progressive
La voie vers la décarbonation des industries de process complexes est plus facilement réalisable avec une approche progressive, en se concentrant sur la réalisation d'améliorations graduelles mais avec un impact sur le long terme. Ceci permet :
- Un apprentissage continu et une optimisation, où chaque phase fournit des données et des informations précieuses qui peuvent être utilisées pour affiner les stratégies ultérieures. Cela garantit l'amélioration continue et l'optimisation des mesures de décarbonation.
- Des investissements gérables et une atténuation des risques, ce qui permet une répartition stratégique des investissements et la diminution des risques financiers associés aux technologies à grande échelle non testées.
- De donner l'élan et mettre en évidence les progrès accomplis. Le succès durant les phases initiales renforce la confiance interne et externe, ce qui attire davantage d'investissements et accélère la transition vers un avenir neutre en carbone.
Par exemple, de nombreuses entreprises prenant des mesures vers la décarbonation exploitent actuellement des alternatives à faible carbone comme carburant de transition plutôt que des combustibles fossiles conventionnels comme le gaz naturel. Le gaz naturel émet environ la moitié du dioxyde de charbon au cours de la combustion et peut être facilement transformé en gaz naturel liquéfié (GNL) dans les régions sans ressources de gaz naturel, en tant que passerelle avant les sources énergétiques entièrement décarbonées.
Accélérer la transition avec la coopération et les progrès technologiques
La décarbonation des industries de process n'est pas un effort solitaire mais plutôt collectif, nécessitant la coopération et le partage des connaissances entre les industries, les chaînes de valeur et les fournisseurs de technologie. Une collaboration ouverte autour des stratégies efficaces, des défis rencontrés et des enseignements tirés peut accélérer les progrès et inspirer l'innovation dans l'ensemble du secteur.
Perspectives
La décarbonation des industries de process n'est pas une entreprise solitaire, mais plutôt un effort collectif qui nécessite une collaboration et un partage des connaissances entre les industries, les chaînes de valeur et les fournisseurs de technologies.
En outre, faire en sorte que les fournisseurs et les clients soutiennent des pratiques durables et réduisent les émissions dans toute la chaîne de valeur est crucial pour la décarbonation complète. Les acteurs de l'industrie devraient également tirer profit de l'expertise et des solutions innovantes des entreprises spécialisées en automatisation, instrumentation, analyse de données, énergie renouvelable et optimisation des process afin d'accélérer la mise en œuvre des stratégies de décarbonation.
Les entreprises comme Endress+Hauser jouent un rôle essentiel dans cette transition en fournissant des technologies de pointe, des solutions de connectivité des installations, des informations basées sur des données et une connaissance profonde des process industriels, afin d'accompagner les entreprises dans l'optimisation de leurs opérations, la réduction de l'impact environnemental et l'atteinte de défis ambitieux.
Un effort collectif pour un avenir durable
La décarbonation de l'économie mondiale, en particulier des industries de process, est une tâche monumentale, mais réalisable, et en mesure de fournir des impacts positifs significatifs et durables. Même si une décarbonation complète et immédiate est irréaliste pour certains process, s'engager à une amélioration continue, à l'innovation et à la coopération ouvrira la voie à un avenir plus propre et plus durable.
La voie vers la neutralité carbone repose sur une approche multiple : minimiser les déchets de process, adopter des carburants propres, transiter vers des sources d'énergie renouvelables et adopter des pratiques d'économie circulaire pour réduire la production de déchets. En embrassant ces quatre fondements principaux – et en mettant à profit la technologie, l'action collective et l'apprentissage continu – les industries de process peuvent pousser la décarbonation jusqu'à l'objectif de neutralité carbone et assurer un environnement plus durable aux générations à venir.
