Catch4Climate : Miser sur la technologie Oxyfuel

Retrouvez cet article dans le Process Industriel 950, supplément de Béton[s] le Magazine n° 93

En Europe, les émissions de CO₂liées à la fabrication du ciment représentent 3 % des rejets totaux de l’Union européenne. C’est moins que la moyenne mondiale, estimée entre 5 et 7 %, selon les sources et les références. Mais c’est toujours trop. Aussi, tous les cimentiers se sont engagés à faire baisser ce taux de manière progressive pour attendre “zéro émission” en 2050.

Un temps long pourraient dire certains, compte tenu de l’urgence climatique. Mais qui s’explique en partie par les très importants niveaux d’investissements dans les outils industriels pour atteindre ce résultat. 

Afin de mutualiser les coûts, quatre cimentiers européens ont signé une lettre d’intention. Relative à la création du projet pilote Catch4Climate. Un accord conclu en présence de Winfried Kretschmann, ministre-président du Land de Bade-Wurtemberg. Et de Winfried Hermann, son ministre des Transports et Infrastructures. En parallèle a été mis en place la joint-venture Cement Innovation for Climate (CI4C). Ainsi, depuis la fin 2020, l’Italien Buzzi Unicem Dyckerhoff, les Allemands HeidelbergCement et Schwenk Zement. Et le Français Vicat ont uni leur force. Ceci, pour lancer de manière officielle la conception d’un démonstrateur à échelle pré-industrielle. Utilisant la technologie Oxyfuel. L’outil doit être installé sur le site de la cimenterie Schwenk de Mergelstetten, en Allemagne. 

Une cimenterie fonctionnant à l’oxygène pur

Pourquoi ce choix ? « Outre la présence d’une source d’oxygène pur, il faut que le site ait un potentiel d’utilisation du CO₂, explique Eric Bourdon, directeur général adjoint de Vicat. Il doit aussi avoir des surcapacités de production de cru, pour limiter les coûts. Et, bien entendu, disposer de pas mal de place ». A ce niveau, Mergelstetten coche toutes les cases. L’objectif est d’y mettre au point une innovation de rupture. Pour supprimer les émissions de CO₂lors de la production du ciment. 

En effet, cette production libère aujourd’hui d’importantes quantités de dioxyde de carbone (CO₂) dans l’atmosphère. Seul, un tiers de ces émissions résulte de la combustion de combustibles fossiles comme le charbon ou le coke de pétrole. Le solde est lié à la décarbonatation du calcaire, le principal composant du ciment.

« La réduction des émissions de CO₂dans la production de ciment est l’un des défis les plus importants auxquels l’industrie est aujourd’hui confrontée, rappelle Luc Rudowski, responsable innovation chez Thyssenkrupp Industrial Solutions, à la BU Cement Technologies. Nous développons des technologies pour une production durable de ciment, sans perdre de vue la rentabilité et la productivité de l’usine. Un des exemples en est la technologie d’oxy-combustible pur Polysius pour une séparation optimale du CO₂. »  

D’autres solutions existent aussi. Et vont de la production de ciment à l’aide de l’argile activée Polysius ou du broyeur de surpression, jusqu’à l’utilisation optimale de carburants alternatifs. Comme le Prepol SC ou encore à la réduction des émissions de NOx grâce au Cemcat SCR.

Une concentration de 100 % de CO₂

Le principe de l’Oxyfuel (oxygène et carburant) est basé sur l’introduction d’oxygène pur. Ceci, dans un four de cimenterie à la place de l’air ambiant. Il devient ainsi possible d’assurer la production de chaleur à haute température nécessaire à la fabrication du clinker. Par cette substitution, la teneur en azote de l’air est nulle, ce qui permet d’obtenir en sortie de four des gaz de combustion très purs. Présentant une concentration de CO₂pouvant atteindre les 100 %. De telles valeurs facilitent considérablement le captage, avec un enjeu de taille. Valoriser de manière rentable jusqu’à 100 % des émissions de CO₂d’une cimenterie !

Cependant, réduire les gaz de combustion à un simple flux de CO₂pur signifie qu’il n’y a plus assez de gaz dans le préchauffeur pour faire fonctionner les cyclones. Dans le procédé Oxyfuel de première génération, ce déficit imposait la mise en place d’un système complexe de recirculation des gaz du préchauffeur au refroidisseur, impliquant des échanges thermiques, un dépoussiérage et une condensation. « Avec le procédé d’oxy-combustible pur de deuxième génération, la recirculation des gaz peut être éliminée,explique Georg Locher, responsable recherche et développement de Thyssenkrupp. Cela se traduit par des économies sur les coûts d’investissement et d’exploitation. L’Oxyfuel Polysius devient ainsi le meilleur de sa catégorie dans les technologies de captage du CO₂. Un autre avantage est que les fours existants peuvent être modernisés sans difficultés pour intégrer ce procédé. »

Un projet pilote d’une durée de quatre ans

Le projet Catch4climate étudiera donc les possibilités de généraliser la mise en place de la technologie Oxyfuel dans les cimenteries. Et les différentes manières de capter le CO₂pour sa réutilisation comme matière première dans d’autres process industriels. « Nous travaillons sur l’hydrogène par exemple, dont la combinaison permet avec le CO₂de synthétiser du méthane », reprend Eric Bourdon. En d’autres termes, la technologie donnera la possibilité de produire des carburants synthétiques climatiquement neutres.

« La joint-venture CI4C et Thyssenkrupp étudient aujourd’hui la possibilité d’utiliser la technologie d’Oxyfuel Polysius dans l’usine de démonstration sur le site de Schweng Zement de Mergelstetten, affirme Markus Sauer, directeur d’offres de Thyssenkrupp. En collaboration avec nos clients de longue date, nous serions ravis de pouvoir démontrer, pour la première fois à l’échelle industrielle, l’efficacité de notre solution». En utilisant la technologie Oxyfuel, l’industrie cimentière européenne pourra réduire d’une manière significative ses émissions de CO₂. Et ainsi apporter une contribution majeure aux enjeux climatiques mondiaux. 

Reste encore à mettre tout cela en place. Le calendrier est déjà défini, puisque les études sont en cours et que l’unité test doit être mise en service courant 2023, pour une durée de deux ans. Ce qui va emmener la joint-venture jusqu’en 2025, date programmée de sa dissolution. 

Frédéric Gluzicki

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