Pourquoi l'électricité l'emporte sur le gaz dans le cadre de la calcination du spodumène

Sachin Pimpalnerkar, Global Product Manager, KanthalDans un nouveau four de calcination du spodumène à chauffage électrique, les produits froids sont introduits dans la chambre à une extrémité et les produits chauds en sont retirés à l'autre extrémité. Certes le produit est retiré, toutefois, un grand volume de combustible et d'air entrant et sortant participe également à extraire la majeure partie de l'énergie utilisée.

Pour se faire une idée des volumes en jeu, Sachin Pimpalnerkar, chef de produit mondial chez Kanthal, a sorti son stylo pour calculer la perte d'énergie.

« Ce calcul, j'ai dû le faire moi-même », plaisante-t-il en montrant le dos d'une enveloppe plus que remplie de calculs. « J'ai fait ces calculs rapidement sur ce torchon. Sur une période de 24 heures, pour un four de 1 MW, on parle de 2 568 Nm3 de gaz et de 27 760 Nm3 d'air », explique-t-il.

Énorme écart en termes de rendement thermique

Pour vous faire une idée, imaginez qu'une montgolfière typique qui mesure 16 mètres de diamètre et 25 mètres de haut présente un volume d'environ 2 000 mètres cubes. Pour que la montgolfière puisse s'élever gracieusement, l'air est chauffé à environ 100 °C en utilisant environ 130 litres de propane par heure.

Avant d'être filtrés et désulfurés, les gaz de combustion d'un four rotatif atteignent une température d'environ 400 °C.

En tenant compte de la température beaucoup plus élevée, vous pourriez lancer environ 30 montgolfières par jour, ou 11 000 montgolfières à l'année, en utilisant les gaz de combustion d'une unité de 1 MW.

Malgré tous les gains de rendement réalisés au cours de décennies d'installations commerciales, un four alimenté au gaz atteindra alors sûrement un rendement thermique de 25 %, qui pourra s'élever à environ 60 % avec une récupération de chaleur de pointe.

« Il faut retenir que ce volume de gaz chaud, malgré tous les gains de rendement réalisés au cours des décennies d'installations commerciales, permet au four alimenté au gaz d'atteindre potentiellement un rendement thermique de 25 %, qui passera à environ 60 % avec une récupération de chaleur de pointe », explique Sachin Pimpalnerkar.

Une usine typique peut présenter une puissance d'environ 4 MW, soit quatre fois la capacité de notre simulation. Cela signifie qu'une usine produit littéralement jusqu'à 15,26 MWh d'énergie sous forme d'émissions de gaz de combustion chaque jour, explique Sachin Pimpalnerkar.

Ces chiffres ne sont que des approximations, mais ils donnent déjà une idée de l'ampleur de la perte de rendement thermique de la technologie existante. En comparaison, les fours chauffés à l'électrique ont un rendement thermique proche de 95 %.

Les économies d'énergie ne représentent pas le seul avantage pour l'opérateur de l'usine. L'environnement de travail qui se veut plus agréable, avec un niveau sonore plus faible et une absence d'émissions nocives de NOx, constitue un autre avantage. Ces émissions de NOx qui participent à altérer un lieu de travail peuvent également faire sourciller les autorités de réglementation. Les régimes d'autorisation sont de plus en plus stricts, car de nombreuses villes et régions ne parviennent pas à atteindre leurs objectifs de réduction des émissions de NOx. Ajoutez à cela la simplicité et le contrôle de la température. Nous considérons le chauffage électrique comme étant simple à régler. Le processus qui implique du gaz est moins précis et beaucoup plus complexe notamment pour acheminer, distribuer et enflammer de si grands volumes de gaz et d'air.

Incitations à passer à l’électrique

Les clients et les fabricants d'équipements d'origine exigent depuis un certain temps une chaîne d'approvisionnement économe en énergie et exempte de combustibles fossiles pour leurs voitures électriques respectueuses du climat et autres applications alimentées par des batteries.

L'intégration en amont, où les raffineurs cherchent à s'approprier une plus grande partie des marges disponibles sur les produits finaux au niveau ou à proximité des opérations en amont, constitue une incitation supplémentaire pour les opérateurs à passer à l'électricité, selon Sachin Pimpalnerkar.

Premièrement, lorsque les exploitants d'une nouvelle mine en Scandinavie, en Angleterre, aux États-Unis, au Canada ou en Australie décident d'intégrer à terme l'étape de la calcination, ils peuvent éviter que des milliers de tonnes de concentrés soient acheminées vers la Chine pour le traitement final, explique-t-il.

Lorsque ces parties du processus de production qui consomment beaucoup d'énergie sont délocalisées de cette manière, cela signifie également que l'utilisation de l'énergie industrielle qui en résulte est transférée vers des juridictions où il existe des incitations pour éviter les émissions de carbone.

« Une opération intégrée peut tirer parti des systèmes d'échange de droits d'émission pour compenser les coûts énergétiques », explique Sachin Pimpalnerkar.

Comme des régions telles que l'Europe proposent un mécanisme d'ajustement frontalier du carbone pour les produits importés en dehors de leur système d'échange de quotas d'émission, l'intégration en amont pourrait à l'avenir protéger la chaîne d'approvisionnement contre de tels droits de douane sur le carbone.