Le rêve d’un physicien devenu réalité : la plus grande centrale solaire thermique industrielle d’Europe | Technologie

L’industrie est dévoreuse de ressources, certaines aussi rares que l’eau et les énergies fossiles, et polluante. Pourtant, transformer une usine en un centre indépendant en énergie, sans émissions de CO‚‚ et qui restitue l’équivalent de l’approvisionnement utilisé aux cours d’eau, est possible et rentable. C’était la proposition du docteur en physique et professeur de thermodynamique de l’Université de Séville Valeriano Ruiz il y a cinq ans. Aujourd’hui, le rêve de cette référence du secteur des énergies propres, auquel il n’a pas survécu (il est décédé en 2021), est une réalité et un modèle technologique : la plus grande centrale solaire thermique industrielle d’Europe, installée par la société Engie chez la multinationale. Brasserie Heineken à Séville.

Les installations solaires thermiques, qui occupent huit hectares du terrain de l’usine, viennent de commencer à fonctionner et ont réduit de plus de moitié la consommation de gaz fossile pour l’énergie thermique nécessaire au processus de fabrication (cuisson et pasteurisation), ce qui représente 65% de sa demande. Ils espèrent dépasser les 85% après cette année. Les 35 % restants de l’énergie nécessaire sont électriques, principalement pour la mise en bouteille et le nettoyage, et ils les produisent déjà par leurs propres moyens : une centrale solaire à Huelva et une autre centrale à biomasse à Jaén.

L’investissement global de la société brassicole dans le développement durable s’élève à 30 millions d’euros au cours des deux dernières années. L’équivalent des deux tiers de ce montant (20 476 668 euros, dont 13 369 356 proviennent de fonds européens Feder) correspond au coût de l’usine construite par Engie à Séville, « Compensa ». Les chiffres sortent», déclare sans ambages Tomás Madueño, ingénieur de la multinationale qui a commandé le projet.

La stratégie diffère de celle d’autres entreprises qui se limitent à acheter de l’énergie supplémentaire provenant de sources renouvelables pour compenser leurs bilans d’émissions sans réduire le recours aux sources polluantes. “Une stratégie de compensation basée sur les impacts opérationnels à court terme ne dit rien sur l’effet à long terme”, prévient-il. Jesse Jenkinsprofesseur au Centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement et co-auteur d’un Étude de l’Université de Princeton publiée dans Joule.

Wilson Ricks, chercheur dans cette université américaine, ajoute : “Il existe des projets solaires qui ne concurrencent pas l’énergie basée sur les combustibles fossiles, mais d’autres projets solaires qui auraient pu être construits à leur place”. Selon lui, « l’approche la plus rentable pour qu’une entreprise déclare zéro émission nette repose presque entièrement sur l’acquisition de suffisamment d’énergie solaire ou éolienne pour répondre à sa consommation annuelle ».

Sagrario Sáez, directeur du développement durable chez Heineken, coïncide. “Si le plan est de compenser, mais que vous continuez à produire avec de l’énergie non renouvelable, la production et les émissions augmentent.”

Avec ce principe de zéro émission provenant de sources renouvelables suffisantes pour l’ensemble du processus de production, l’usine de Séville est née. Les huit hectares de miroirs paraboliques concentrent la lumière solaire dans un tube central (collecteur) qui, contrairement aux installations permettant de produire de l’électricité grâce à ce système, ne contient que de l’eau au lieu de l’huile synthétique.

Ce liquide, selon Francisco Corral, ingénieur chez Engie, atteint 210 degrés et est sous pression. De là, il passe à un circuit secondaire qui, à travers des échangeurs, réduit la température à 160 degrés, dont l’usine a besoin pour cuire les céréales et paustériser le produit. La puissance de ce procédé direct est de 30 mégawatts thermiques (MWt) par heure.

Mais ce système ne permettrait son utilisation que dans des conditions optimales. Pour profiter de toute l’énergie solaire thermique générée pendant les heures de rayonnement solaire et maintenir l’installation à pleine capacité la nuit ou les jours sans soleil, un entrepôt a été créé pour conserver 1 115 mètres cubes d’eau chaude. Il y a huit réservoirs géants isolés avec 200 millimètres d’acier au carbone capables de fournir 68 MWt.

Dans les réservoirs, l’eau est distribuée en couches de différentes températures, surveillées en permanence pour ne libérer que la plus basse lorsque, refroidie par des moyens mécaniques, elle atteint les degrés requis. Un système complexe de canalisations tortueuses, conçues pour résister à la dilatation provoquée par la chaleur, relie directement l’eau des collecteurs et l’eau stockée à l’usine.

Le principe est similaire à celui des chauffe-eau solaires domestiques bien connus, il semble donc facile de penser que son application industrielle était évidente. Cependant, l’ensemble de l’installation, unique en Europe, a dû être généré de toutes pièces. “La technologie existait, mais pas à cette échelle”, explique Corral en désignant du doigt des installations équivalentes à huit terrains de football.

Cela n’a pas non plus été fait auparavant parce qu’il fallait que les comptes s’équilibrent, que l’investissement, indépendamment des compensations environnementales et sociales, soit rentable, ce que la hausse des coûts énergétiques a accéléré. L’usine a été construite en deux ans, presque deux fois plus tôt que prévu, dans un processus entravé par les délais d’accès aux fonds du Feder et qui a nécessité 150 000 heures de travail.

Engie est désormais le constructeur, propriétaire et exploitant de la centrale. Dans 20 ans, elle le cédera à son client Heineken, cinq ans avant la fin de la durée d’utilité théorique de l’installation actuelle. “Il pourrait y en avoir davantage”, précise Corral. “C’est la durée des centrales électriques, qui résistent à des températures allant jusqu’à 350 degrés.”

Cette durée de vie utile est essentielle à la rentabilité de ces installations. En ce sens, Stefaan De Wolf, chercheur au KAUST Solar Center et auteur principal de un ouvrage publié dans Science, prévient : « Les panneaux solaires déployés doivent avoir une durée de vie utile de plusieurs décennies. Comprendre les taux de dégradation est crucial pour établir des prix et des garanties compétitifs.

Et, outre la raison économique, il y a le problème environnemental de la production de déchets lorsque les installations deviennent obsolètes. Sagrario Sáez assure que la politique de zéro déchet et de recyclage complet convenue pour l’ensemble du processus de production s’appliquera également à la nouvelle installation. Les panneaux utilisés sont essentiellement des miroirs et dispensent des matériaux toxiques et rares d’autres systèmes, comme la pérovskite.

Ce projet sera reproduit, avec une technologie et une échelle différentes, dans l’usine Heineken de Valence, qui ouvrira ses portes le 28 février, selon les prévisions. Mais les créateurs de l’ensemble du système estiment qu’il est applicable à tout processus industriel nécessitant de la chaleur pour la fabrication et disposant d’un terrain à côté de l’usine, car la distance est le principal dégradateur de la puissance obtenue.

Eau

Même si le système choisi (énergie solaire concentrée ou CSP) consomme beaucoup moins d’eau que les centrales à tour, le rêve de Valeriano Ruiz était encore inachevé. Une brasserie, par pure logique, est une dévoreuse d’eau. Dans les systèmes traditionnels, plus de trois litres de cette ressource sont nécessaires pour chacun des produits finaux.

L’usine de Séville, où l’eau est de l’huile, a réussi à réduire cette proportion à 2,6 litres pour chaque litre de bière. Sur ce total, la majeure partie fait partie du produit consommé (95 % d’une bière est de l’eau), un demi-litre s’évapore au cours du processus et une partie du reste est réutilisée pour des usages autres que la consommation. « Chaque goutte compte », souligne Sagrario Sáez. Mais l’objectif était plus ambitieux : récupérer 1,9 milliard de litres.

La stratégie dans ce cas était de se concentrer sur les réservoirs d’eau naturels qui ont été détériorés et rendus inutilisables par l’action humaine. Un canal crée naturellement l’équivalent de réservoirs d’orage artificiels, des espaces où l’eau des précipitations est stockée.

Sur la rivière Jarama à Madrid, une ancienne cimenterie avait détruit une zone humide naturelle en créant un barrage pour empêcher les inondations de l’usine. L’usine a abandonné l’enclave et a laissé le bouchon. La récupération de l’espace naturel a redonné vie à la lagune et des traces d’animaux jalonnent à nouveau ses rives. La même stratégie a été utilisée dans plusieurs enclaves autour de Doñana. Dans l’Albufera valencienne, l’objectif était d’éliminer des kilomètres de roseaux, une graminée envahissante introduite au XVIe siècle qui altère l’environnement et l’assèche.

L’intervention dans une demi-douzaine d’espaces naturels a permis de restituer aux bassins les millions de litres d’eau prévus avec un investissement d’un million d’euros.

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