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L'industrie chimique accélère sa transition énergétique

Par Dinhill On

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La chimie est l'un des secteurs industriels les plus consommateurs de ressources énergétiques, à la fois pour le fonctionnement de ses procédés mais aussi en tant que matières premières. Une situation qui l'oblige à optimiser ses besoins pour garder sa compétitivité.

Les enjeux du développement durable prennent une importance grandissante depuis plusieurs années dans l'industrie. Le secteur de la chimie ne fait pas exception, en raison de l'impact de son activité sur l'environnement. En conséquence, elle s'est souciée depuis longtemps de ces aspects, comme l'illustre son initiative Responsible Care adoptée en France depuis 1990. Parmi les volets traités par ce type de démarche, l'optimisation des besoins en ressources énergétiques occupe une place importante. Face au débat actuel de la transition énergétique, le secteur chimique milite pour un approvisionnement pérenne et sécurisé de l'énergie, comme le soutient Jean-Philippe Tridant-Bel, directeur de la Business unit Énergie-Environnement au sein du cabinet de conseil et de développement de nouveaux marchés Alcimed : « La variation des modalités d'accès à l'énergie impacte directement l'activité. C'est une des raisons pour laquelle la chimie cherche constamment à réduire les coûts liés à sa facture énergétique ». « L'énergie représente environ 15 % du prix de fabrication d'un produit chimique », complète Swann Schoonenbergh, consultant au sein de la Business Unit Énergie-Environnement chez Alcimed.

 

Une énergie fossile à double emploi

 

Selon un document* datant de 2013 émanant de l'Union des industries chimiques (UIC), la chimie représente près de 24 % de la consommation énergétique totale, dans l'industrie en France (hors usages matières premières). Une proportion qui atteint 40 % en ce qui concerne la consommation de gaz naturel. Cette consommation intensive trouve une explication dans la nature même de la chimie. « L'une des particularités de la chimie, c'est qu'il s'agit d'un secteur qui n'utilise pas l'énergie uniquement pour un usage énergétique, il en consomme une partie en tant que matière première », détaille Guillaume Daill, ingénieur énergéticien au sein du service Entreprises et écotechnologies de l'Ademe. Par exemple, le secteur a besoin de gaz naturel pour produire des dérivés de l'azote : ammoniac, acide nitrique, engrais azotés, etc. De la même manière, la production pétrochimique et de plastiques nécessite de grandes quantités de naphta issu du pétrole.

Pour autant, l'industrie chimique est le premier secteur consommateur d'énergie (à usage énergétique) avec 5,3 millions de tonnes équivalent pétrole (Mtep) à en croire l'UIC. L'énergie consommée provient principalement du gaz naturel (40 %), de l'électricité (22 %), et des produits pétroliers (19 %). Il convient de noter qu'entre 1990 et 2011, l'usage d'énergie à des fins énergétiques s'est à peu près maintenu, selon l'Ademe. Cependant, il est important de noter que l'intensité énergétique du secteur (plasturgie comprise) a diminué significativement sur cette période. Une tendance qui s'explique notamment par l'adoption par les industriels de la chimie de procédés plus économes, de démarches de chasse au gaspillage, etc. « Parmi tous les champs de la chimie, c'est la chimie organique qui a la plus grosse consommation d'énergie, suivie de la chimie minérale et de la plasturgie », précise Guillaume Daill (Ademe).

En ce qui concerne la quantité d'énergie en tant que matière première, elle s'élève à 10,3 Mtep. Selon le document de l'UIC, l'industrie chimique ne consomme que de l'énergie issue de ressources fossiles. L'organisation indique que la consommation d'énergie en tant que matière première est portée par le naphta (50 %). Le reste est réparti quasi-équitablement entre le gasoil (13 %), le gaz naturel (13 %), le butane/propane (10 %) et les autres produits pétroliers (14 %). Pour conjuguer compétitivité et enjeux du développement durable, l'organisation professionnelle souligne qu'il est important de faire une transition en douceur vers les énergies renouvelables, notamment en maintenant le recours au gaz, « la ressource fossile la plus faiblement carbonée ».

À en croire les chiffres clés 2014 Climat, Air et Energie de l'Ademe, la part des énergies renouvelables dans la consommation de combustible ne représente que 1 % en chimie en 2011. Une tendance que déplore Marie April, ingénieure au Service Bioressources de l'Ademe : « La part des combustibles issue de la biomasse dans le mix énergétique est encore faible, mais présente un fort potentiel de développement. Pourtant, des dispositifs tels que le Fonds Chaleur avec entre autres l'appel à projet Bicat, ont permis de favoriser des projets s'appuyant sur la biomasse et se montrant compétitifs sur le long terme ». Une observation est également constatée par Swann Schoonenbergh (Alcimed) : « Même s'il existe des initiatives en chimie verte, l'industrie chimique est plutôt réticente à investir sur des énergies renouvelables, notamment en raison de l'incertitude dans la filière d'approvisionnement pour la biomasse ». Une tendance qui semble toutefois aller dans le bon sens, constate Guillaume Daill (Ademe) : « Ces dernières années sur le secteur de la chimie, nous avons vu une augmentation de projets liés à l'intégration de produits biosourcés et des énergies renouvelables. Les trois approches (intégration de produits biosourcés, d'énergies renouvelables et efficacité énergétique) ne sont pas en contradiction entre elles et doivent être menées de front. »

 

Les énergies renouvelables peinent à s'imposer

 

Conscient de cette situation, l'UIC s'est fixé pour objectif « d'accélérer le développement local des énergies renouvelables ». Parmi les différents modes de production, les acteurs du secteur chimique devraient faire la part belle à la cogénération, notamment biomasse. « L'énergie renouvelable qui rentre en premier dans la réflexion des industriels de la chimie met en oeuvre des procédés de cogénération », affirme Swann Schoonenbergh (Alcimed). « La biomasse est la première source d'énergie renouvelable utilisée en France, où la ressource est présente en quantité. La biomasse énergie est donc appelée à contribuer largement aux objectifs énergétiques et climatiques français », ajoute Marie April (Ademe). Par contre, il est nécessaire que les pouvoirs publics poursuivent les aides à l'intégration de ces nouveaux modes de production d'énergie verte. « L'État doit envoyer un message national pour structurer la filière d'approvisionnement de la biomasse », indique Swann Schoonenbergh (Alcimed). Avant de compléter : « Il faut également garantir un prix de rachat de l'électricité ou un mécanisme d'appel prioritaire pour les unités de cogénération, même de faible puissance ». Une autre piste explorée par les industriels de la chimie est la valorisation des déchets tels que les produits chimiques ou pétroliers usagés. « La remise au brûleur de ce type de produits permettrait de couvrir jusqu'à 15 % des besoins énergétiques d'un site. Mais cela devient de plus en plus complexe à cause de la réglementation sur les émissions », explique Swann Schoonenbergh (Alcimed). Enfin, une dernière piste principale concerne la récupération de la chaleur fatale. Selon une étude de l'Ademe datant de 2014, il y aurait un gisement de 10 TWh pour les rejets thermiques supérieurs à 100 °C. « 90 % de ces rejets ont une température inférieure à 300 °C et sont facilement récupérables. La difficulté principale restant de savoir comment les valoriser », indique Guillaume Daill (Ademe).

L'industrie chimique a donc un rôle important à jouer dans le contexte de la transition énergétique. D'une part en tant qu'industrie grande consommatrice d'énergie. Le secteur de la chimie travaille depuis longtemps à l'optimisation de son efficacité et à la réduction de ses besoins énergétiques. Selon une étude prospective de l'Ademe à l'horizon 2030-2050, la chimie pourrait économiser 18 % de sa consommation d'énergie, notamment via l'implémentation des meilleures technologies de production disponibles, la mise en place d'un système de management de l'énergie et l'innovation dans les procédés. D'autre part, le secteur est également fournisseur de solutions pour la transition énergétique : panneaux solaires, stockage électrochimique, matériaux d'isolation pour le bâtiment, etc. Comme quoi, conjuguer croissance industrielle et développement durable n'est pas forcément une utopie.

 

*NDP : Contribution des industries chimiques au débat national de la transition énergétique

 

Les acteurs du secteur chimique devraient faire la part belle à la cogénération.

L'industrie chimique a un rôle important à jouer dans le contexte de la transition énergétique.

 

24 % Pourcentage de la consommation d'énergie de l'industrie attribuée à la chimie

10,3 Mtep Consommation d'hydrocarbures du secteur chimique en tant que matière première

1 % Part des énergies renouvelables pour la chimie dans la consommation industrielle de combustibles en 2011

« La part des combustibles verts dans le mix énergétique est encore faible, mais présente un fort potentiel de développement » Marie April, ingénieure au service Bioressources de l'Ademe

Une centrale solaire chez Solvay

Près de 12 000 m2 de panneaux photovol-taïques sont installés sur la toiture de l'usine Belle-Étoile de Rhodia (désormais Solvay) à Saint-Fons (Rhône). Ayant nécessité un investissement de 8,2 millions d'euros, cette centrale solaire d'une puissance de 1,7 mégawatts-crêtes produit environ deux millions de kWh par an. « Tout a commencé en 2009, lorsque la société SolaireDirect nous a informé qu'elle avait identifié les toitures de nos bâtiments de stockage comme idéales en matière d'orientation et de surface disponible pour l'installation de panneaux photovoltaïques », se souvient Bernard Cuerq, responsable logistique du site de Saint-Fons Belle-Étoile chez Solvay. Avant de poursuivre : « Cette idée s'inscrivant parfaitement dans la démarche « Solvay Way » du groupe, nous nous sommes alors lancés dans l'élaboration du projet Elyos pour construire cette centrale à compter de décembre 2010 ». Constituée de 7800 pan-neaux, l'installation a été mise en service en 2011 et permet l'économie de 1 000 tonnes de CO2 par an. « L'électricité produite par la centrale solaire est entièrement revendue à EDF. Elle représente environ 6 % de la consommation annuelle du site Belle-Étoile de Solvay », indique Bernard Cuerq. Avant de conclure : « Le projet Elyos démontre l'engagement du groupe et de ses collaborateurs en matière de développement durable. Nous continuons d'ailleurs à optimiser la consommation énergétique de l'usine, en travaillant notamment sur la valorisation de la chaleur issue de nos réactions exothermiques du site ("chaleur fatale") ».

FRÉDÉRIC POINT, directeur Environnement, Hygiène et Sécurité de ChimexChimex récupère des calories à 30 mètres de profondeur

« La politique environnementale de Chimex, fixée par notre maison-mère L'Oréal, établit un objectif ambitieux de réduire les émissions de CO2 de 60 % à l'horizon 2020. Par conséquent, la société est en constante veille des meilleures technologies disponibles pour chacun de ses sites pour notre consommation durable d'énergie. Ainsi, sur notre centre de R&D du Thillay, nous avons cherché à diminuer notre consommation de gaz naturel (environ 1 600 MWh électriques par an) destiné au chauffage des locaux et des laboratoires. Après audit énergétique, nous avions envisagé plusieurs solutions de substitution et avons eu l'idée d'exploiter la nappe d'eau en sous-sol de notre site et d'opter pour la géothermie. Cette solution nous permet de récupérer les calories de l'eau à 6 mètres de profondeur grâce à une pompe à chaleur, une technologie à la fois simple et fiable. Le dispositif prélève l'eau souterraine à 12 °C pour la réinjecter dans la nappe à 6 °C après récupération de l'énergie. Ainsi, la pompe à chaleur a permis au site de faire basculer 1 000 MWh électriques par an du gaz naturel en énergie renouvelable, l'appoint étant apporté de l'électricité verte. Cette solution mixte a ainsi permis à Chimex d'économiser annuellement 450 tonnes de CO2, et de faire du Thillay un site carbone neutre ».

 

Thierry Raevel, vice-président d'AxeleraLE PROJET GAYA VISE À DÉVELOPPER UNE FILIÈRE COMPÉTITIVE DE BIOMÉTHANE 2G

Soutenu par le pôle de compétitivité Axelera, ce programme de R&D qui regroupe 11 partenaires, dont le pôle Axelera, vise à développer une filière compétitive et innovante de production de biométhane. Le biométhane de première génération obtenu par fermentation de la fraction organique d'ordures ménagères, de biodéchets, de boues de station d'épuration est bien connu. « Il y a d'autres procédés de production se basant sur d'autres types de biomasses qui sont moins documentés. Il est ainsi possible de produire du biométhane dit de deuxième génération à partir de la biomasse lignocellulosique : bois, paille, etc. », indique Thierry Raevel, vice-président d'Axelera. Avant de poursuivre : « Il existe également une troisième génération qui se base sur l'utilisation de cultures de micro-algues. Nous pensons que chaque type de biomasse est complémentaire pour la production de biométhane ». Le projet Gaya se focalise sur la deuxième génération de biométhane, et voudra notamment lever les verrous technologiques pour optimiser le rendement et la fiabilité de la gazéification et de la méthanation. « Il souhaite développer des outils d'industrialisation pour la production de biométhane : simulation, extrapolation, conception d'unités, aide au choix de biomasse, etc. », détaille Thierry Raevel. En outre, le projet souhaite établir une filière locale et pérenne d'approvisionnement en tenant compte des aspects environnementaux et socio-économiques. Concrètement, Gaya comprend la création d'une plateforme technologique accessible à tous les acteurs français et européens de la filière pour l'industrialisation de chaque partie du procédé. Il est articulé sur quatre éléments : une chaîne d'approvisionnement de biomasse (classique et atypique) et trois démonstrateurs dédiés respectivement à la gazéification, à la méthanation, et à la valorisation du biogaz en carburant pour véhicule (bioGNV).

JEAN-CHRISTOPHE ALLUÉ, directeur régional de Cofely Services (groupe Engie)La biomasse pour réduire l'import de gaz à Lacq

« Le projet de construction d'une centrale de cogénération biomasse a été initié suite à l'arrêt annoncé de l'exploitation du gaz de Lacq par Total. Malgré l'approvisionnement provenant de l'Unité de traitement de gaz (UTG) de la Sobegi (filiale de Cofely Services et de Total), la quantité d'énergie sous forme de chaleur était insuffisante pour l'ensemble des industriels du site parmi lesquels Abengoa, Arkema, ou encore Toray. La Sobegi a commencé à importer du gaz afin de compenser ce manque. Puis, nous avons profité du 4e appel à projets de la Commission de régulation de l'énergie (CRE) pour la cogénération biomasse en 2012. Après avoir été sélectionné, Cofely Services a investi 56 millions d'euros pour une centrale de cogénération biomasse sur la plateforme de Lacq, qui devrait être en service très prochainement. Elle permettra de produire 89 GWh d'électricité par an (revendue à EDF) et 66 tonnes de vapeur à l'heure (distribuée aux industriels du site). L'installation consomme 160 000 tonnes de biomasse par an, principalement du bois collecté dans un rayon de 150 km autour du site : plaquettes forestières, coproduits de scierie, broyats de palettes non traitées, etc. La centrale de cogénération permet de s'appuyer sur une ressource renouvelable pour la production d'énergie, et à un prix plus stable. De plus, le recours à la biomasse a permis de réduire l'import de gaz de la plateforme de Lacq en la divisant par trois ».

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