Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

Les applications industrielles de l’électricité
dissociation de l’eau peut être apportée sous forme d’électricité ou de chaleur : plus la
température augmente, plus la quantité d’énergie qu’il faut fournir sous forme
d’électricité diminue. Deux technologies sont développées : l’électrolyse à 500-600°C,
au stade de recherche, et l’électrolyse à 800-1 000 °C, au stade du développement de
petits prototypes. Le principal verrou technologique est la dégradation des matériaux
dans les conditions de fonctionnement, qui nuit à la rentabilité économique du
système. L’étude des causes de dégradation et l’optimisation des cellules en termes
de matériau et microstructures pourraient lever ce verrou. Si les efforts en R & D sont
soutenus, des systèmes d’EHT pourraient arriver à maturité à l’horizon 2015-2020,
mais ne devraient pas être compétitifs avant 2030-2040 (cela dépendra fortement de
l’évolution de la contrainte carbone). L’EHT nécessite cependant une charge
constante, ce qui pose la question de l’interruptibilité du procédé.
À plus long terme, des procédés concurrentiels seraient les procédés biologiques ou
thermochimiques, mais ils sont encore loin de la maturité industrielle. La production
d’hydrogène à partir d’électricité permettra son utilisation sur site, sans transport ni
stockage, notamment dans les secteurs de l’ammoniac (pour les nouvelles unités), de
la production de carburants liquides à partir de biomasse (pour équilibrer le ratio
H 2
/CO), de la sidérurgie (pour la réduction du minerai de fer dans les unités de
production déjà existantes), et pour la production d’Hythane® 1 .
L’électrolyse directe du minerai de fer à partir d’électricité est un procédé de
rupture à l’étude, qui fait l’objet de développement à l’échelle de pilote de laboratoire
permettant de produire quelques kilogrammes de fer. Le déploiement industriel
semble encore lointain (au-delà de 2030), des difficultés techniques persistant.
Aujourd’hui, l’électrolyse directe du minerai de fer, très peu utilisée, se fait avec du gaz
naturel principalement (procédé MIDREX, déjà appliqué dans quelques unités
sidérurgiques). Par ailleurs, l’électrolyse directe est déjà employée dans la production
de zinc, aluminium et nickel.
Les fours électriques (placement attendu : 10 TWh/an dans le secteur du raffinage)
pourraient connaître un renouveau dans les industries du raffinage, avec le
développement de fours à induction, et dans l’industrie du recyclage des métaux,
avec les fours à arc, technologie mature utilisée essentiellement dans l’industrie de la
métallurgie. L’utilisation de l’induction dans l’industrie est un procédé classique, les
évolutions technologiques sont d’ordre incrémental. La rupture technologique pourrait
venir de l’utilisation de l’induction dans de nouveaux secteurs, notamment celui du
raffinage, pour le chauffage d’hydrocarbures. Le développement d’un four électrique,
en particulier d’un four multitubulaire à induction (piste privilégiée), constituerait une
réelle rupture technologique. Le chauffage électrique donnerait lieu à une régulation
plus fine des transferts de chaleur, à une efficacité de transfert élevée et à une
augmentation de la sécurité du procédé. Une autre évolution technologique pourrait
provenir de l’utilisation de fours à induction à bobines supraconductrices dans
l’industrie de l’aluminium, lesquels permettraient d’améliorer l’efficacité énergétique
de l’induction de 30 points par rapport à l’induction classique. Le principe semble
validé, un tel four fonctionne déjà en Allemagne.
(1) Carburant formé par mélange de gaz naturel et d’hydrogène, qui pourrait devenir moins coûteux
que le gaz naturel à partir de 2030 et dont le rendement de combustion est supérieur à celui du
GNV de 5 % à 10 %.
Centre d’analyse stratégique - 201 - Août 2012
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