Revenez sur les rapports d’avancement du changement climatique des dernières années, et vous trouverez peu de raisons de célébrer. Nous savons ce qui est en jeu ; ne pas parvenir à limiter la hausse de la température de notre planète aura des conséquences funestes pour nous tous. Pourtant, l’action rapide nécessaire pour atteindre nos objectifs net zero ne se réalise pas. Si c’est une « course au zéro » que nous menons, pourquoi cela ressemble-t-il moins à un sprint et davantage à une course à trois jambes ?
Repensez au début de 2022. Le monde se remettait d’une pandémie dévastatrice, et les économies se reconstruisaient. Mais si nous pensions que les choses s’arrangeaient, en ce qui concerne le changement climatique, il y avait un revers. Les émissions de CO2 de l’électricité et de la chaleur ont atteint leur niveau le plus élevé jamais enregistré, incitant l’Agence internationale de l’énergie (AIE) à lancer un appel clair à l’action.
Le monde doit maintenant s’assurer que le rebond mondial des émissions en 2021 était un événement ponctuel — et que les investissements durables combinés au déploiement accéléré des technologies propres réduiront les émissions de CO2 en 2022…¹
Le défi a été lancé, et une autre année s’est écoulée. Une année marquée par l’agression en Europe et l’émergence d’une crise énergétique mondiale. L’impact sur les ambitions climatiques a été brutal. En mars dernier, l’AIE a rapporté que « les émissions mondiales de dioxyde de carbone (CO2) provenant de la combustion d’énergie et des processus industriels ont augmenté de 0,9%, soit 321 Mt, en 2022, atteignant un nouveau record historique de 36,8 Gt. »
Le mieux que l’on puisse dire, c’est que l’énergie propre a au moins poursuivi son avancée rapide, sans laquelle « la croissance des émissions de CO2 aurait été près de trois fois supérieure. »²
Le verre à moitié vide, ou à moitié plein ?
De quelque point de vue que ce soit, les perspectives peuvent sembler décourageantes. Un peu comme recevoir un bulletin scolaire, encore et encore, qui se contente de demander « doit faire des efforts ». Cela n’aide pas que nous ayons toujours l’air de regarder en arrière, sur ce qui aurait pu être, au lieu de regarder devant nous avec optimisme et ambition.
C’est un exemple classique du problème d’échelle. Face à des problèmes tellement plus grands que nos actions individuelles, il y a une tendance à la démotivation. Les sentiments d’impuissance peuvent dominer, ou, alternativement, nous nous tournons vers l’optimisme technologique. On peut le constater dans les approches visionnaires pour lutter contre le changement climatique. Oui, nous attendons avec impatience de voir l’hydrogène vert largement disponible, de pouvoir capturer le dioxyde de carbone et le séquestrer définitivement, et nous accueillons tout processus novateur qui élimine sa production dès le départ. Captant notre imagination, ils semblent offrir de l’espoir lorsque les raisons d’être optimistes se font rares. L’innovation sera toujours la clé pour gérer la complexité et l’ampleur des problèmes liés au changement climatique. Avec le temps, ils feront partie de notre vie quotidienne. Cependant, le temps n’est pas de notre côté.
Il ne reste que sept ans pour maintenir l'objectif de 1,5 °C à portée
C’était la conclusion du rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) plus tôt cette année. Un appel à l’action certainement, mais, comme le suggèrent les auteurs, « les émissions nettes de CO2 du secteur industriel sont un défi mais restent possibles. »
Sur ses plus de 2 000 pages, le rapport du GIEC examine chaque aspect de la crise climatique. Lorsqu’il traite de la réduction des gaz à effet de serre (GES) du secteur énergétique dans son ensemble, il suggère que cela « nécessite des transitions majeures, notamment une réduction substantielle de l’utilisation globale de combustibles fossiles, le déploiement de sources d’énergie à faibles émissions, le passage à des vecteurs énergétiques alternatifs, et l’efficacité énergétique et la sobriété. »³ Faisant écho au message du GIEC, le PDG de la Science Based Targets initiative (SBTi), Luiz Amaral, a souligné que limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C nécessite un pic avant 2025, une réduction des émissions de 43% d’ici 2030, 60% d’ici 2035 et l’atteinte du net zero au début de 2050. Ce ne sera pas facile, mais avec le bon état d’esprit, des progrès significatifs peuvent être réalisés vers un avenir plus durable.
Les organisations disposant d’objectifs scientifiques validés ont prouvé que des réductions monumentales sont possibles — réduisant les émissions de scope 1 et 2 de 12% en moyenne par an — supérieures aux réductions de 7,6% par an nécessaires pour atteindre l’objectif de 1,5 °C de l’Accord de Paris.⁴
Pourquoi l'optimisation pour l'efficacité n'est pas une histoire ancienne...
Il est encourageant de voir les progrès réalisés par les 2 731 entreprises disposant d’objectifs scientifiques, dont nous faisons partie. En se concentrant sur le présent et en refusant de laisser le statu quo dicter le discours, des progrès sont réalisés. Les entreprises auront différentes façons d’atteindre leurs objectifs, mais un thème commun est l’efficacité.
C’était l’un des messages clés de la feuille de route de décarbonisation industrielle de l’administration Biden-Harris, publiée en septembre dernier. En tant que deuxième pays le plus émetteur de CO2 au monde, tout progrès dans la façon dont il envisage de s’attaquer à ce problème est le bienvenu. Reconnaissant que 30% des émissions de CO2 liées à l’énergie aux États-Unis proviennent de l’industrie, il se concentre sur la voie à suivre pour cinq des industries les plus émettrices de CO2 : le raffinage du pétrole, la chimie, la sidérurgie, le ciment, et les secteurs alimentaire et des boissons. Sur les quatre piliers technologiques clés identifiés, il conclut : « L’efficacité énergétique est une stratégie de décarbonisation fondamentale et transversale et constitue l’option la plus rentable pour les réductions d’émissions de GES à court terme. »⁵ Ce n’est pas seulement le gouvernement américain qui a vu l’efficacité comme partie intégrante du modèle pour éviter la catastrophe climatique. L’AIE a publié son rapport de suivi sur l’efficacité énergétique le même mois, soulignant : « L’efficacité énergétique est la mesure la plus importante pour éviter la demande énergétique dans le scénario d’émissions nettes zéro d’ici 2050, aux côtés des mesures étroitement liées de l’électrification, du changement de comportement, de la numérisation et de l’efficacité matérielle. »⁶ Vous pourriez penser que rien n’est plus pragmatique que d’augmenter l’efficacité. Que c’est à l’ordre du jour de chaque jour. Alors pourquoi nous rappelle-t-on constamment son importance ?
...et pourquoi l'optimisation des systèmes de vapeur reste une priorité
Largement reconnue par de nombreuses industries comme une partie essentielle et durable de leurs processus, la vapeur est une source d’énergie thermique naturellement efficace. Cela ne signifie pas que les systèmes de vapeur ne peuvent pas être améliorés, mais l’expérience et l’expertise signifient que nous savons comment y parvenir.
Il existe un ensemble de mesures éprouvées et rentables pour améliorer un système de vapeur. Pourquoi celles-ci ne sont pas universellement adoptées résulte d’une combinaison de facteurs, dont beaucoup ne sont pas liés à des obstacles financiers. La première et la plus simple raison est un manque d’information et de connaissances. Bien que des rapports de haut niveau récents aient mis l’accent sur l’efficacité comme première étape vers la décarbonisation, les systèmes de vapeur sont complexes, souvent uniques à un secteur particulier, ou même à une usine. Savoir où optimiser, comment le faire efficacement, et comprendre exactement quels seront les bénéfices, nécessite une aide spécialisée. Un ensemble d’autres facteurs se combinent pour maintenir l’efficacité en tête de la liste des « choses à faire » pour de nombreuses entreprises. Souvent, un manque de ressources financières rend difficile l’adoption même de mesures qui se rembourseront en peu de temps (en particulier pour les PME). L’absence de soutien de la direction, l’incertitude concernant les nouvelles technologies et la peur de perturber la production, ainsi que le manque d’incitations gouvernementales combiné au manque d’application des réglementations gouvernementales, tout cela contribue à l’inaction. Au-delà des obstacles généraux entravant les améliorations d’efficacité, les systèmes de vapeur ont leur propre ensemble de difficultés spécifiques à surmonter. Traditionnellement, de nombreuses entreprises se sont concentrées sur les boilers, et non sur l’ensemble du système de vapeur qui inclut la génération de vapeur (boilers), la distribution, les systèmes de récupération, et la manière dont la vapeur est utilisée.
Bien que l’optimisation du système puisse être plus difficile que le remplacement d’un équipement car elle nécessite une connaissance et une évaluation plus holistiques du système, elle produira souvent des économies d’énergie bien supérieures à celles du remplacement d’un composant unique par un composant plus efficace.⁷
Et, si simplement remplacer un boiler par un plus efficace énergétiquement peut sembler logique, cela ne signifie pas nécessairement que l’ensemble du système de vapeur industriel sera plus efficace. La sous-estimation ou la surestimation de la demande de vapeur, la mauvaise gestion du système, et le fonctionnement du système en deçà de son efficacité optimale sont des facteurs courants de réduction de l’efficacité globale.
Évaluer l'optimisation des systèmes de vapeur
Il y a près d’une décennie, le rapport de l’Organisation des Nations Unies pour le développement industriel (ONUDI) a examiné les potentiels d’efficacité énergétique des systèmes de vapeur industriels.⁷ L’objectif était de démontrer quelles mesures d’efficacité étaient rentables et d’estimer leur valeur. La Chine a été choisie comme cas d’étude.
Sept experts de la vapeur des États-Unis, d’Europe et de Chine ont été consultés pour déterminer quelles mesures d’efficacité énergétique courantes devaient être incluses, leurs économies d’énergie, et le coût de leur mise en oeuvre. Contrairement à de nombreux pays, le schéma de consommation énergétique de la Chine est dominé par le secteur industriel. En 2019, la fabrication représentait environ 55% de la consommation énergétique totale de la Chine, et 59,6% de l’énergie du secteur manufacturier provenait du charbon.⁸ S’accordant sur neuf mesures techniquement réalisables, les experts ont constaté que toutes sauf deux seraient rentables, pouvant potentiellement conduire à une réduction annuelle des émissions de CO2 de 201,23 MtCO2. La prise en compte de toutes les mesures entraînerait un potentiel total d’économie de combustible technique d’environ 26% du combustible total utilisé pour générer de la vapeur. Cette économie de combustible était supérieure à la consommation d’énergie primaire de plus de 160 pays dans le monde. Ce tableau liste les neuf mesures d’efficacité des systèmes de vapeur, avec des valeurs sélectionnées : Économie annuelle cumulative de combustible et réduction des émissions de CO2, amélioration du pourcentage d’efficacité, et potentiel à vie pour les mesures d’efficacité des systèmes de vapeur industriels en Chine classés par CCE final (coût de l’énergie économisée)
| Amélioration typique du pourcentage d’efficacité énergétique par rapport à une pratique à faible efficacité | Potentiel annuel cumulatif d’économie de combustible dans l’industrie (PJ/an) | Potentiel annuel cumulatif de réduction des émissions de CO2 de l’industrie (ktCO2/an) | Durée de vie typique de la mesure (années) | |
| 1 : Gestion de l’excès d’air : régler le contrôle de positionnement existant (ou contrôle simple) | 5,0% | 348 | 34 177 | 0,5 |
| 2 : Optimisation de la combustion | 3,5% | 572 | 56 227 | 12 |
| 3 : Optimisation de l’isolation des tuyauteries, vannes, raccords et récipients de vapeur | 5,0% | 868 | 85 368 | 10 |
| 4 : Optimisation de la purge du boiler et récupération de chaleur de la purge du boiler | 2,8% | 1 025 | 100 769 | 12 |
| 5 : Mise en oeuvre d’un programme efficace de maintenance des steam traps | 2,2% | 1 140 | 112 049 | 7 |
| 6 : Optimisation de la récupération du condensat | 4,1% | 1 346 | 132 304 | 12 |
| 7 : Récupération de l’énergie thermique des fumées (économiseur et/ou réchauffeur d’air) | 7,4% | 1 687 | 165 817 | 16 |
| 8 : Récupération de flash steam | 3,9% | 1 851 | 181 953 | 10 |
| 9 : Optimisation des pertes à l’allumage (LOI) | 5,0% | 2 047 | 201 231 | 10 |
Repensez à ce délai de sept ans pour réaliser de vrais progrès vers le net zero, et la durée de vie de ces mesures montre comment l’optimisation des systèmes de vapeur peut faire une vraie différence. Bien que toute amélioration individuelle aurait clairement un impact, c’est lorsque l’ensemble du système est optimisé que les bénéfices deviennent significatifs.
La majorité de ces mesures conviennent à tous les systèmes de vapeur, quel que soit le mode de génération. La variable principale sera évidemment l’impact sur les émissions de CO2. Reconnaissant le besoin d’une énergie plus propre, le président chinois Xi Jinping a déclaré que le pays serait neutre en carbone d’ici 2060. La Chine est déjà le plus grand investisseur mondial dans la transition énergétique propre, avec 266 milliards de dollars engagés en 2021, soit plus d’un tiers du total mondial (755 milliards de dollars). Mais, avec une durée de vie moyenne d’un boiler de vapeur de plus de 30 ans, l’abandon des combustibles fossiles prendra du temps. En se concentrant sur le présent, et en s’assurant que toutes les mesures d’efficacité possibles sont utilisées, une réduction des émissions est à portée de main.
Atteindre une optimisation efficace des systèmes de vapeur
Pour revenir à ces statistiques énergétiques que nous avons abordées au début de cet article, et au défi qui nous attend pour atteindre les objectifs net zero, il est utile de voir comment les généralisations autour de l’« efficacité » pourraient se traduire en action.
Aucune de ces mesures n’attend d’être développée. Toutes sont techniquement possibles et, dans la plupart des cas, rentables sur une période relativement courte. Et, surtout, elles produiront des bénéfices tangibles pendant que les autres technologies plus récentes sont encore à un stade précoce de leur évolution. Depuis la publication du rapport de l’ONUDI, le potentiel d’optimisation des systèmes de vapeur a également progressé. Maintenant, avec la transformation numériquement rapidement adoptée, notre connaissance exacte de l’endroit où l’optimisation sera la plus efficace est bien supérieure. C’est quelque chose que le GIEC a souligné dans son rapport cette année :
Les technologies numériques peuvent contribuer à l’atténuation du changement climatique et à la réalisation de plusieurs ODD (confiance élevée). Par exemple, les capteurs, l’internet des objets, la robotique et l’intelligence artificielle peuvent améliorer la gestion de l’énergie dans tous les secteurs, augmenter l’efficacité énergétique et favoriser l’adoption de nombreuses technologies à faibles émissions, y compris l’énergie renouvelable décentralisée, tout en créant des opportunités économiques (confiance élevée).³
En ce qui concerne l’efficacité, chaque pays aura ses meilleurs élèves qui cochent toutes les cases, et ses retardataires, qui n’ont jamais réfléchi à l’optimisation. La probabilité est, cependant, que des marges d’amélioration sont toujours présentes.
Grâce aux derniers outils numériques, nous n’avons jamais eu une meilleure opportunité d’obtenir une évaluation technique détaillée des opportunités d’efficacité énergétique du système de vapeur. Les enjeux n’ont jamais été aussi élevés non plus. Bien qu’il soit possible que nous voyions davantage de nouvelles décourageantes concernant le changement climatique, comme l’a dit un jour Bill Gates : « les mauvaises nouvelles font les gros titres, et l’amélioration progressive ne le fait pas. »
Sources :
¹ : Global CO2 emissions rebounded to their highest level in history in 2021 - News - IEA
³ : https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf
⁴ : IPCC releases ‘final warning’ to keep 1.5C within reach - Science Based Targets
⁵ : DOE Industrial Decarbonization Roadmap | Department of Energy
⁶ : Energy Efficiency — Analysis - IEA
⁷ : Energy Efficiency Potentials in Industrial Steam Systems in China (unido.org)
Lors de la rédaction de l’étude, les boilers à charbon représentaient environ 80-85%, les boilers à pétrole et gaz environ 15%, et les boilers utilisant d’autres combustibles (électricité, biomasse, etc.) moins de 5% de la capacité totale des boilers en Chine.
⁸ : How Is China’s Energy Footprint Changing? | ChinaPower Project (csis.org)