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Conversion des déchets énergétiques en électricité et en chaleur

La cogénération, parfois appelée chaleur et électricité combinées (PCCE), est un moyen de capter la chaleur intense qui s'échappe des cheminées et de la transformer en électricité ou de l'utiliser à d'autres fins, comme le chauffage de maisons. Aux États-Unis, près de 70% des émissions de gaz à effet de serre proviennent de la production d’électricité et de chaleur (20% provenant des voitures), et les estimations du potentiel de la cogénération sont dramatiques. Aux États-Unis, capturer l’énergie perdue des cheminées pourrait remplacer près de 30% de l’énergie générée actuellement par la combustion de combustibles fossiles, réduire les émissions de dioxyde de carbone de 20% et économiser annuellement entre 150 et 250 milliards de dollars, selon plusieurs études. En décembre, le laboratoire national Oak Ridge a estimé que si le CHP générait 20% de la puissance de notre pays d’ici 2030 - l’Allemagne, le Japon et la Chine avaient déjà atteint ou dépassé cet objectif, et que le Danemark produisait 50% de sa puissance grâce au CHP - la technologie éliminerait 848 millions de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone. C'est comme retirer 154 millions de voitures de la route. Selon le rapport Oak Ridge, atteindre ce niveau de cogénération aux États-Unis impliquerait de nouveaux investissements de 234 milliards de dollars et créerait un million de nouveaux emplois techniques hautement qualifiés. La cogénération est désormais également disponible à plus petite échelle pour le chauffage, le refroidissement et la production d’électricité; ça s'appelle microCHP.

Bruce Hathaway du Smithsonian s'est récemment entretenu avec Tom Casten, expert en CHP, président d'une société de Chicago appelée Recycled Energy Development (RED). Casten a consacré trois décennies à la promotion du recyclage de l’énergie industrielle autrement gaspillée. Il a témoigné devant le Congrès à de nombreuses reprises et est l'auteur de «Eteindre le chauffage: Pourquoi l'Amérique doit doubler l'efficacité énergétique pour économiser de l'argent et réduire le réchauffement de la planète». Gérer une entreprise de cogénération rentable est important pour Casten, qui possède un MBA de Columbia. Mais son passé en tant que scout Eagle explique également sa passion pour la réduction du réchauffement climatique: il adhère au slogan "Laisser le terrain de camping plus propre que nous l’avons trouvé".

Vous avez écrit que certaines usines "crachaient de la chaleur aussi rapidement qu'un feu de joie déchaîné" et que, lorsque vous voyez de la vapeur sortir des cheminées et la perdre, elle vous rend fou. Pourquoi ce spectacle vous a-t-il tellement bouleversé?
J'ai été convaincu vers 1974 ou 1975 que le réchauffement planétaire causé par les émissions de dioxyde de carbone sera le plus gros problème auquel nous ayons jamais été confrontés en tant qu'être humain et que nous devions brûler moins de combustibles fossiles et apprendre à réduire les émissions de CO2 de manière rentable. La question est de savoir comment concilier notre énorme besoin d’énergie avec le besoin d’une planète et d’une économie en bonne santé. J'ai passé la majeure partie de ma carrière à capturer et à utiliser de manière rentable l'énergie industrielle que nous gaspillons.

Les fonderies de West Virginia Alloys produisent plus de silicium que n’importe quelle usine aux États-Unis. (© Laura Antrim Caskey 2008) Tom Casten (à droite) est président et son fils Sean est président et PDG d'une société appelée Recycled Energy Development (RED) qui installe un système de récupération de chaleur à West Virginia Alloys. (© Laura Antrim Caskey 2008) À 3 000 degrés Fahrenheit, la fonderie fait fondre du quartz pour extraire du silicium. Jusqu'à présent, les gaz d'échappement du four étaient rejetés dans l'atmosphère. Le système RED utilisera cette chaleur pour créer de la vapeur, faire tourner des turbines et générer de l'électricité. (© Laura Antrim Caskey 2008) Le système de récupération de chaleur, qui devrait être entièrement installé en 2010, générera près de 357 millions de kilowattheures d'électricité par an, soit suffisamment pour alimenter 20 000 foyers. (© Laura Antrim Caskey 2008) Une fois l’équipement installé, West Virginia Alloys devrait économiser sur ses factures d’énergie et réduire ses émissions de dioxyde de carbone de 290 000 tonnes métriques par an. (© Laura Antrim Caskey 2008)

Vous avez écrit que la PCCE n'était pas nouvelle, que Thomas Edison l'avait fait avec la première centrale électrique au monde en 1882. Il a construit sa centrale au centre-ville de Manhattan et a utilisé les restes de chaleur générés par la production d'électricité pour chauffer les bâtiments voisins. Pourquoi la cogénération n'est-elle pas largement utilisée dans notre système de production d'électricité actuel?
La première chose à comprendre est que notre système énergétique est hautement inefficace. Nous ne faisons pas de notre mieux avec la technologie disponible. Pourquoi? Eh bien, d’abord, notre réseau électrique est principalement géré par des monopoles protégés et leur efficacité n’est pas récompensée. La production d'électricité centrale inefficace est protégée par un glacier de barrières artificielles. Ce glacier régulateur est en train de fondre lentement, mais pas aussi rapidement que les vrais glaciers.

À l'heure actuelle, la moyenne des centrales électriques n'est efficace que de 33%. Vous devez donc utiliser trois unités d'énergie et obtenir une unité d'électricité. Et c'est comme ça depuis qu'Eisenhower était président. Le reste de l'énergie est principalement constitué de chaleur excédentaire, et nous la gaspillons. Nous ne pouvons tout simplement pas freiner le réchauffement climatique sans doubler l'efficacité de la production d'énergie. Cette efficacité est l'éléphant dans la salle.

Comment votre entreprise capte-t-elle la chaleur habituellement gaspillée par les centrales électriques?
Nous construisons des centrales sur site pour les fabricants, les universités et toutes les institutions qui consomment beaucoup d'énergie. Nous produisons de l’électricité et au lieu de gaspiller l’énergie thermique du sous-produit, nous l’utilisons soit pour chauffer des bâtiments voisins (en remplacement de chaudières à combustible fossile), soit pour des procédés industriels, soit pour produire plus d’électricité. Cette approche s'appelle cogénération, parce que c'est ce qu'elle est: faire deux tâches avec un seul incendie. Cette production d'énergie double l'efficacité et divise par deux le CO2 émis par les services publics. Le projet le moins efficace que nous ayons jamais réalisé est efficace à environ 70%, soit le double de l'efficacité du réseau électrique. Le meilleur de nos projets dépasse 90% d'efficacité. Mais les projets doivent être locaux pour recycler l’énergie perdue; la chaleur ne voyage pas très bien.

Pouvez-vous expliquer comment la cogénération capte et utilise la chaleur des cheminées industrielles?
Nous appelons cela récupération de chaleur perdue. Nous utilisons des gaz d'échappement chauds qui auraient été ventilés dans les cheminées. Nous utilisons cette chaleur pour faire bouillir de l'eau et produire de la vapeur, ce qui fait tourner une dynamo pour générer de l'électricité. L'une des entreprises précédentes de ma société est une aciérie située au bord du lac Michigan. Nous avons pris leur chaleur perdue et l'avons transformée en 220 mégawatts d'énergie absolument propre. C'est énorme; c'est la quantité d'énergie solaire injectée dans les réseaux électriques du monde entier. Cette aciérie économise maintenant environ 100 millions de dollars par an - un facteur important pour la maintenir concurrentielle sur le marché mondial de l'acier. L’EPA a reconnu l’usine pour avoir réduit ses émissions de gaz à effet de serre de 1, 1 million de tonnes par an. C'est ce qui rend le CHP si excitant: c'est une opportunité gagnant-gagnant. Il s’agit de l’économie et de l’environnement, et elle transforme la vieille fausse dichotomie entre électricité bon marché et énergie propre.

Comment êtes-vous entré dans la conservation de l'énergie?
J'ai grandi au Colorado dans une famille très axée sur la nature. Nous avions une petite routine où nous traversions un pont pour aller pêcher et marchions trois ou quatre milles le long d'une rivière. Notre père ne nous a pas laissé revenir à moins de porter des déchets que quelqu'un d'autre avait laissés. Il s'embarrasserait de savoir quel genre d'idiots porteraient des bouteilles de boisson gazeuse et les laisseraient dans un endroit aussi magnifique. Ma mère a également insisté sur le service — à qui beaucoup est donné, beaucoup est nécessaire. Le message sous-jacent des deux parents était que nous devrions laisser le terrain de camping plus propre que nous l'avons trouvé. Et dans notre monde en régression, notre camping est désormais la planète et le réchauffement climatique la menace.

Conversion des déchets énergétiques en électricité et en chaleur