?lectrifier l'industrie avec des pompes à chaleur flexibles

Qu'il s'agisse de la production de denrées alimentaires et de boissons, de la fabrication de médicaments, de métaux et de papier ou de l'ennoblissement de surfaces et de textiles, l'industrie a besoin de chaleur industrielle. Les entreprises continuent d'en produire une grande partie en br?lant des combustibles fossiles. La production de chaleur industrielle est ainsi responsable d'une grande partie des émissions de gaz à effet de serre de l'industrie dans le monde. En Suisse, ce secteur représente environ 8 % du total des émissions de gaz à effet de serre.

Aujourd'hui déjà, l'industrie pourrait produire de la chaleur industrielle jusqu'à 200 degrés Celsius tout en respectant l'environnement gr?ce à des pompes à chaleur industrielles qui utilisent de l'électricité issue de sources d'énergie renouvelables. Mais malgré ce potentiel, les pompes à chaleur dans l'industrie sont encore une rareté. La raison en est que les modèles existants sont généralement des modèles spéciaux co?teux, spécialement con?us pour une application industrielle et une température données.

Des chercheurs de l'ETH Zurich et de l'OST - Haute école spécialisée de Suisse orientale à Buchs ont désormais trouvé un moyen de produire de la chaleur à différentes températures, jusqu'à 200 degrés, de manière flexible et économique. Comme cela correspond davantage aux besoins de l'industrie que les solutions disponibles sur le marché, de nombreuses entreprises suisses et internationales ont déjà manifesté leur intérêt pour cette technologie.

Utiliser la chaleur de l'environnement

Les pompes à chaleur utilisent l'énergie stockée dans les rejets thermiques, l'air ambiant, les nappes phréatiques ou le sol. Elles produisent de la chaleur de chauffage ou de processus en faisant s'évaporer un fluide frigorigène dans un circuit fermé et en comprimant le gaz à l'aide d'un compresseur. La température du gaz augmente ainsi et la chaleur ainsi obtenue peut être utilisée pour le chauffage ou pour des processus industriels.

Dans les pompes à chaleur traditionnelles, la température et l'évolution de la température possibles dépendent principalement du fluide frigorigène. Tous les composants de la pompe à chaleur - l'évaporateur, le compresseur, le condenseur et l'étrangleur - sont adaptés à ce fluide frigorigène. Si une entreprise a plusieurs besoins en chaleur dans son usine, chacun avec des températures différentes, il faut actuellement plusieurs pompes à chaleur avec différents réfrigérants. Comme cela est co?teux et compliqué, les pompes à chaleur ne se sont pas encore imposées dans l'industrie.

Le mélange de fluides frigorigènes permet la flexibilité

Si l'on en croit André Bardow, professeur de technique de l'énergie et des systèmes de processus à l'ETH Zurich, cela devrait bient?t changer : "Au lieu d'utiliser un seul fluide frigorigène, nous utilisons un mélange. Ainsi, une pompe à chaleur peut utiliser différentes sources de chaleur et produire différentes courbes de température".

Selon les applications, une composition différente du mélange est nécessaire. L'avantage est que les entreprises n'ont plus besoin de reconcevoir toute la pompe à chaleur si elles ont besoin d'une autre température. Il leur suffit d'adapter le mélange, ce qui est nettement moins cher et plus simple.

Le mélange lui-même est composé d'un fluide frigorigène classique et d'un autre composant. L'évolution de la température de la pompe à chaleur dépend du rapport entre ces deux ingrédients. "En principe, il est possible d'obtenir autant de courbes que l'on veut pour les processus industriels en dessous de 200 degrés. C'est la grande force de notre technologie", explique Bardow.

Un mélange optimal trouvé gr?ce à un modèle informatique

Afin de trouver les composants appropriés pour le mélange réfrigérant, les chercheurs ont développé un modèle informatique qui simule le circuit de la pompe à chaleur avec différentes variantes de mélange. "Nous avons étendu les modèles thermodynamiques existants sur le fonctionnement des pompes à chaleur en intégrant dans l'optimisation non seulement les composants de la pompe à chaleur, mais aussi la composition du mélange", explique Dennis Roskosch, Senior Scientist dans le groupe de recherche de Bardow.

Le modèle des chercheurs fait appel à plus de 200 millions de molécules synthétiques connues et simule avec quel mélange de deux molécules la pompe à chaleur fonctionne le plus efficacement.

Premiers partenaires pour une installation pilote

Après avoir trouvé le mélange optimal de fluides frigorigènes, les chercheurs l'ont testé avec succès dans le laboratoire de pompes à chaleur de l'OST - Haute école spécialisée de Suisse orientale. . "Nous avons pu démontrer que notre mélange augmentait, comme prévu, l'efficacité d'une pompe à chaleur industrielle disponible sur le marché jusqu'à 25 pour cent", explique le professeur Stefan Bertsch, directeur du laboratoire des pompes à chaleur. En outre, les chercheurs ont montré comment les différentes compositions du mélange se répercutaient sur l'évolution de la température.

Dans une prochaine étape, ils veulent être encore plus concrets et démontrer le potentiel de leur technologie pour des applications industrielles spécifiques. La nouvelle pompe à chaleur devrait être particulièrement intéressante pour l'industrie alimentaire, pharmaceutique et chimique, où de nombreux processus nécessitent des températures inférieures à 200 degrés.

Parallèlement, les chercheurs travaillent en étroite collaboration avec certains fabricants de pompes à chaleur comme MAN Energy Solutions ou Scheco AG, ainsi qu'avec des partenaires industriels suisses comme Lindt. La prochaine étape est la planification et la construction d'une installation pilote afin de permettre des tests supplémentaires.