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Quelles solutions pour décarboner la production de verre ?

06 Déc. 21

Que ce soit dans l’Union européenne ou en France, les émissions de gaz à effet de serre (GES) de l’industrie manufacturière proviennent principalement de secteurs fabricant des produits de base intensifs en CO2 tels que la métallurgie, la chimie ou la fabrication de minéraux non-métalliques (ciment, chaux, verre…). Ces trois sous-secteurs représentent 75 % des émissions de l’industrie manufacturière et de la construction. Après un premier épisode consacré à la fabrication de l’acier dans notre newsletter de novembre, focus sur le verre.

Sa fabrication se divise en deux filières, l’une dédiée au verre plat et la seconde dédiée à la fabrication de verres creux. Bien implantées en région, ces filières présentent un potentiel de décarbonation important et structurant. Les Hauts-de-France dénombrent plusieurs leaders mondiaux du verre sur son territoire. Pour le verre plat, AGC Glass et Saint-Gobain alimentent les segments de marché de la construction et de l’industrie manufacturière. Pour le verre creux, Arc et Saverglass sont fournisseurs de produits pour les arts de la table, la verrerie grand public et la flaconnerie du luxe. A cela s’ajoutent de nombreux acteurs dans la transformation, le façonnage et la décoration du verre.

Modèle de four utilisé pour la fusion du verre

Pour chacune de ces filières, le verre est fabriqué par fusion du sable, de la soude, du calcaire et d’additifs dans des fours de caractéristiques et technologies différentes en fonction des produits finis. En dépit de ces différences, les deux principaux postes d’émissions sont la fusion (80% des consommations énergétiques et des émissions de GES) et la décarbonatation des matières premières. L’énergie nécessaire à la fusion provient aujourd’hui à plus de 85% du gaz naturel pour atteindre une température de plus de 1 600°C.

Les leviers pour la décarbonation de ce procédé sont nombreux et concernent l’optimisation des consommations en ressources fossiles et la récupération d’énergies perdues. De nouveaux procédés de fusion réduisant les consommations de gaz naturel sont mis en œuvre ; des solutions de substitution du gaz naturel par du biogaz ou bien via un changement radical de technologie comme l’électrification ou l’utilisation de l’hydrogène sont en développement. Enfin, la mise en place de dispositifs de captage, stockage et/ou utilisation du carbone est une dernière voie de réduction des GES pour ces filières.

Réduction des consommations et énergie de récupération
L’énergie consommée par les procédés verriers est d’abord liée aux besoins de la fusion des matières premières puis au maintien en température et au refroidissement progressif de la matière et des équipements. Pour la combustion, l’essentiel des actions consiste à minimiser les pertes thermiques dans les fours et à optimiser les besoins des systèmes de refroidissement des parois et de la matière en sortie. Certaines installations ont également subi des évolutions technologiques plus importantes. La mise en œuvre de l’Oxycombustion en remplaçant l’air ambiant par de l’oxygène permet de réduire de 25% les consommations de gaz et de 15% les émissions de CO2.

Pour réduire encore les consommations de gaz, l’introduction de calcin (verre trié issu du recyclage) permet d’économiser de la matière première et de réduire l’apport thermique. La température de fusion du calcin est inférieure à la silice seule ; son incorporation se trouve cependant limitée par les contraintes de sa composition et de ses couleurs. Les producteurs de verre blanc limitent l’introduction de calcin puisqu’ils ne peuvent pas utiliser de verre coloré.
Enfin, la fusion et le refroidissement successif du verre constituent d’importants gisements de chaleur fatale dans les fumées du four et dans les parties avales ou l’on refroidit la matière. Les procédés sont optimisés de telle sorte que les fumées sortantes préchauffent les gaz de combustion et couvrent ensuite d’autres besoins du site au travers de la récupération de chaleur. Il reste cependant des calories à valoriser et des projets sont menés pour augmenter la part de valorisation en interne et via les réseaux de chaleur. Des dispositifs de conversion de ces calories en électricité grâce aux machines ORC sont mis en place.

La substitution des consommations de gaz naturel
Des projets et pilotes sont développés pour utiliser les vecteurs hydrogène, la biomasse et l’électricité décarbonée et ainsi remplacer les besoins en énergie fossile. La solution de substitution du gaz naturel par le biométhane est la plus simple et rapide à mettre en œuvre mais les besoins sont tels que les quantités produites sont insuffisantes pour servir la filière. Aujourd’hui alors que la capacité de production de biométhane dépasse les 3 TWh par an, les besoins du secteur sont estimés à plus de 10 TWh par an.

L’électrification des fours est aussi une piste intéressante pour la décarbonation mais il n’existe pas de technologies déployées pour les installations de grande capacité. Le passage vers cette solution entraine donc un remplacement des fours par de nouvelles installations. Des démonstrations sont encore nécessaires pour confirmer la durabilité des électrodes et la compatibilité avec l’intrant calcin. Ces technologies constituent tout de même une voie technologique importante de la décarbonation qui devra être accompagnée par la mise en place des moyens de production électrique en conséquence.

La substitution des combustibles fossiles par l’hydrogène constitue également une voie d’intérêt pour les acteurs de l’industrie mais comme pour l’électrification, elle impose un remplacement des installations. Pour l’heure, les fours peuvent accueillir jusqu’à 20% d’hydrogène en mélange avec le gaz naturel. Cela permettrait dans un premier temps de réduire les consommations et émissions de GES avant de modifier l’installation à plus long terme. Les fours de combustion à hydrogène pur sont encore peu matures et vont exiger plusieurs années avant d’entrer sur le marché.

Le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS)
La dernière voie étudiée pour réduire les émissions de GES est la capture du carbone en vue de son utilisation ou de son stockage. Pour cette solution, les verriers ayant choisi les procédés d’Oxycombustion ont l’avantage de dégager un CO2 déjà concentré qui facilite son captage et donc son usage ou son stockage et auront donc un avantage spécifique. Ces solutions peuvent s’imaginer dans un écosystème plus large, les verriers s’appuyant sur une filière dédiée au CO2 pour mieux maitriser les coûts.

En conclusion, la décarbonation de la production du verre passe par trois étapes clés. Cela commence par l’efficacité énergétique, l’optimisation des procédés et la valorisation de l’énergie fatale. Puis vient la substitution des énergies fossiles à travers l’électrification, l’emploi de nouveaux vecteurs énergétiques comme l’hydrogène et l’utilisation d’énergies renouvelables. Enfin, la captation puis le stockage ou le réemploi du CO2 parachève la démarche pour atteindre les objectifs fixés de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Le passage à l’échelle de ces solutions de décarbonation nécessite d’importants investissements pour les industriels et le développement d’infrastructure nouvelles (CO2, H2, Biométhane).

AGC Glass Europe – Objectifs 2030

Des produits verriers… De la durabilité… De l’innovation…
AGC Glass Europe a sélectionné six objectifs qui doivent être atteints d’ici 2030 en utilisant 2020 comme année de référence.

Ces objectifs visent à la réduction de 30 % des émissions de gaz à effet de serre – par rapport à 2020 – de 20% de la consommation d’énergie et de 15% de la consommation d’eau. Toutes les consommations de ressources seront réduites et les déchets seront réutilisés et/ou réduits. De nouveaux produits avec de meilleures performances environnementales tout au long de leur cycle de vie seront développés, y compris leur recyclage en fin de vie.

La production de verre plat est toujours confrontée à un grand défi pour trouver une solution optimale pour réduire les émissions atmosphériques et la consommation d’énergie spécifique dans le processus de fabrication. La directive sur les émissions industrielles (2010/75/UE), la directive sur les échanges de quotas d’émission (2009/29/CE) et la directive sur les plafonds d’émission nationaux (2016/2284/UE) nécessitent des efforts substantiels et cela se poursuivra aussi dans les années à venir. Étant donné que la question du changement climatique gagnera encore en importance, cela nécessitera des efforts plus conséquents pour réduire la consommation d’énergie.

L’Usine AGC de Boussois s’inscrit pleinement dans cette démarche.

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