7 technologies pour réduire l'empreinte carbone du chauffage

En fait, le chauffage de l'eau, de nos maisons et de la chaleur pour les processus industriels représente plus de la moitié de la demande énergétique totale , selon l'AIE.

Mais seulement 10% de cette chaleur provient de sources renouvelables, la majorité étant produite à l'aide de combustibles fossiles.

Cela crée un défi majeur pour les gouvernements du monde entier qui cherchent à décarboniser la société et à atteindre les objectifs du changement climatique liés à l'Accord de Paris de limiter le réchauffement climatique à bien en dessous de 2 degrés Celsius au-dessus des niveaux préindustriels.

Certains pays ont engagé des délais pour la réalisation nette zéro CO 2 émissions. Dans la plupart des cas, cela nécessitera des changements substantiels dans la façon dont la chaleur est obtenue et utilisée.

Étant donné les niveaux substantiels d'énergie requis pour le chauffage des espaces et les températures élevées utilisées dans les processus industriels, il est peu probable qu'il soit aussi simple qu'un passage en gros à la chaleur électrique alimentée par des énergies renouvelables.

Les énergies renouvelables ont contribué à réduire considérablement l'intensité en carbone de l'électricité à travers le monde.

Pour cette raison, certains disent que la clé pour réduire les émissions de carbone est de tout électrifier .

Et quand il s'agit de chauffage résidentiel, il y a un argument selon lequel l'électrification peut fournir la solution la plus verte.

S'exprimant lors du sommet NEF 2019 à Londres, Toby Ferenczi, directeur de la stratégie chez le détaillant britannique d'énergie domestique OVO Group, a déclaré au public qu'il était possible pour les ménages de se procurer de la chaleur à un prix abordable à partir d'électricité 100% renouvelable.

«Si vous remplacez votre chaudière à gaz, installez une chaudière électrique et que votre maison est dotée à 100% d'électricité renouvelable, et combinez cela avec, disons, quatre heures de stockage thermique, alors nos calculs montrent simplement en achetant de l'électricité aux moments les moins chers de Aujourd'hui, les coûts de fonctionnement sont vraiment comparables à ceux du gaz aujourd'hui », a-t-il déclaré.

Cependant, Ferenczi a reconnu que le coût initial d'achat de tout cet équipement est beaucoup plus élevé. De plus, les coûts d'exploitation ne pourraient être vraiment compétitifs avec le gaz naturel que si les propriétaires de radiateurs résidentiels pouvaient gagner de l'argent en vendant leur capacité de stockage d'énergie dans le cadre de systèmes d'équilibrage du réseau.

Alors que l'économie de la chaleur électrifiée peut prendre un certain temps à s'accumuler, d'autres formes de chaleur renouvelable font déjà leur entrée dans les systèmes traditionnels alimentés par des combustibles fossiles.

Les pompes à chaleur absorbent la chaleur naturelle du sol ou de l'air et l'utilisent pour le chauffage des locaux et l'eau chaude .

Alors que les pompes à chaleur ne répondent actuellement qu'à 3% de la demande mondiale de chaleur des bâtiments, elles ont connu une croissance rapide ces dernières années: le taux de croissance des ventes mondiales de pompes à chaleur a doublé entre 2016 et 2018, avec 80% des nouvelles installations de pompes à chaleur domestiques en Chine, Japon et États-Unis.

L'Europe est le marché qui connaît la croissance la plus rapide pour les ventes de pompes à chaleur, car de nombreux pays cherchent à se décarboniser.

Par exemple, les Pays-Bas se sont engagés à éliminer complètement le chauffage au gaz naturel d'ici 2050. Grâce à cette politique, les ventes de pompes à chaleur dans le pays ont augmenté de plus de 50% chaque année depuis son annonce en 2017.

La récupération de la chaleur résiduelle pourrait fournir l'équivalent de la demande totale de chaleur des bâtiments en Europe. Selon les participants à un projet pilote danois visant à prouver la capacité de Copenhague à être neutre en carbone d'ici 2025; ils font pression pour le développement d'un réseau thermique intelligent à travers l'Europe qui «récupérerait la chaleur gaspillée à partir de sources actuelles et futures telles que les centrales électriques et les centres de données».

Le potentiel de récupération de la chaleur résiduelle est démontré par des projets à travers le continent. Par exemple, dans la ville de Brescia, dans le nord de l'Italie, la chaleur créée par le processus de fabrication de l'acier dans une usine locale est captée et distribuée pour fournir de la chaleur à 2 000 familles en hiver.

La clé pour réaliser ce potentiel sera de relier des projets isolés en tant que systèmes de chauffage urbain dans de nombreuses villes à travers l'Europe. 

Le chauffage urbain, mis au point par le système emblématique de New York construit en 1882, se trouve dans de nombreuses villes du monde. Ces systèmes offrent une opportunité de chauffage durable à grande échelle: la chaleur perdue des processus industriels chauffe l'eau qui peut être distribuée à travers les villes. De tels systèmes offrent des efficacités dans des volumes plus importants qui ne peuvent être atteints par des solutions de chauffage à plus petite échelle dans les maisons individuelles et les entreprises.

Pour les pays actuellement fortement tributaires du gaz naturel fourni par un réseau pour les besoins de chauffage, comme le Royaume-Uni et les Pays-Bas, le biométhane offre une alternative potentielle à plus faible émission de carbone.

Ce soi-disant «gaz vert» peut provenir de sources durables telles que les déchets ou les cultures spécialement cultivées. Le biométhane peut alors être neutre en CO 2, avant son entrée dans le système de gaz d'alimentation, et à son tour brûlé par des chaudières dans les foyers et les entreprises.

Les déchets organiques et la biomasse peuvent également être utilisés pour créer de la chaleur à la source. Les chaudières à biomasse peuvent remplacer les chaudières à combustibles fossiles domestiques ou, à plus grande échelle, elles peuvent être utilisées dans le cadre d' une centrale de production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE) 

Étant donné que les combustibles fossiles dominent l'utilisation du chauffage dans de nombreux pays, une approche plus pragmatique pour réduire les émissions peut prendre la forme d'un chauffage hybride. Ces systèmes sont un mélange de différentes solutions et peuvent inclure le chauffage conventionnel au gaz, des pompes à chaleur, des centrales solaires thermiques et des centrales de cogénération.

Par exemple, au Royaume-Uni, un programme d'essai appelé Freedom Project combine de petites pompes à chaleur à air avec des chaudières à gaz et une technologie de contrôleur intelligent pour réduire la consommation globale de gaz tout en maintenant les niveaux de chauffage domestique et d'eau chaude requis par les consommateurs.

«L'avantage du point de vue de l'opérateur de réseau est que vous réduisez considérablement la demande de gaz, car les consommateurs peuvent utiliser la pompe à chaleur électrique la plupart du temps et utiliser la chaudière à gaz pour les recharges», a déclaré Matthew Hindle. , Responsable du gaz à l'Energy Networks Association, s'exprimant également lors du sommet BloombergNEF. 

Une autre solution hybride pour le chauffage résidentiel mise en évidence lors du sommet était les centrales de micro-cogénération : celles-ci captent l'énergie qui est généralement gaspillée par les chaudières à gaz et utilisent la technologie des piles à combustible pour la convertir en électricité.

«D'ici 2032, le réseau de distribution de gaz britannique sera principalement composé de tuyaux en polyéthylène capables de transporter l'hydrogène.» Matthew Hindle, chef du gaz, Energy Networks Association

L'un des plus grands défis de la décarbonisation de la chaleur est de trouver une solution qui s'intègre facilement dans l'infrastructure existante.

Pour certaines personnes de l'industrie, l'hydrogène détient la clé.

Hindle a déclaré au sommet NEF que l'utilisation de l'infrastructure gazière du Royaume-Uni pour transporter l'hydrogène était probablement techniquement réalisable dans un proche avenir grâce aux mises à niveau en cours.

"D'ici 2032, le réseau de distribution de gaz britannique sera principalement composé de tuyaux en polyéthylène capables de transporter l'hydrogène", a-t-il déclaré.

«Nous n'aurons pas besoin d'un système parallèle au niveau de la distribution. Le travail technique en cours consiste à examiner ce que nous devons faire de plus pour gérer cette conversion et quelles options nous avons pour les parties à plus haute pression du système. »

Des essais de mélange d'hydrogène dans les infrastructures gazières existantes ont lieu dans toute l'Europe. Par exemple, à l'Université de Keele en Angleterre, les bâtiments du campus et les logements étudiants participent à son projet Hydeploy pour le chauffage à l'hydrogène .

Comme indiqué dans le livre électronique de MHI , l'hydrogène offre également la possibilité de décarboniser la chaleur dans les applications industrielles, où les températures élevées requises dépassent ce qui peut être atteint grâce à des solutions plus conventionnelles comme les pompes à chaleur. Par exemple, la fabrication d'acier doit atteindre des températures supérieures à 2000 ° C pour produire du fer à partir du minerai de fer. Ces niveaux extrêmes de chaleur sont généralement atteints à l'aide de charbon à coke, ce qui fait de l'industrie sidérurgique un émetteur majeur de CO2. Primetals Technologies développe une méthode d'utilisation de l' hydrogène pour remplacer le charbon à coke dans la création de fer.

Alors que l'hydrogène est une option pour décarboniser les applications de chaleur industrielle, une autre consiste à utiliser le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS).

La capture du CO 2 émis lors de la fabrication de produits tels que l'acier et le ciment peut aider à décarboniser leurs processus à haute température.  

La production de ciment, par exemple, nécessite des températures pouvant atteindre 1450 ° et, avec l'acier et les produits chimiques, est l'un des trois principaux émetteurs industriels de CO2.

Des projets de démonstration et des projets pilotes pour le ciment CCUS sont en cours dans le monde entier, la Chine ouvrant la voie: le plus grand projet pilote CCUS au monde pour une cimenterie fonctionne maintenant dans la province d'Anhui. Il peut capter 50 000 tonnes de CO2 par an, ce qui équivaut à retirer plus de 10 000 voitures de la route chaque année. Il existe des projets de démonstration similaires à différents stades de développement dans des pays comme la Belgique et le Canada .

Que ce soit en captant les émissions des applications de chaleur ou en passant à des sources de chaleur à faible ou à zéro carbone, une chose est sûre: atteindre des émissions nettes de CO 2 ne sera possible qu'en décarbonisant le besoin indéniable de chaleur de la planète.