GIFA 2023 – combustibles de substitution

GIFA 2023 - le matériel de fonderie et ses innovations.

GIFA 2023 - le matériel de fonderie et ses innovations.

La GIFA 2023 permettrait de rendre compte de nouvelles voies à l’étude pour des combustibles de substitution en fonderie.

GIFA 2023 – l’importance de l’énergie et des combustibles de substitution

Figure 1 - les routes et impasses de la décarbonation des procédés de fonderie et de traitement thermiques des alliages d’aluminium selon la TU Bergakademie Freiberg, le Giesserei-Institut en association avec le BDGuss.
Figure 1 – les routes et impasses de la décarbonation des procédés de fonderie et de traitement thermiques des alliages d’aluminium selon la TU Bergakademie Freiberg, le Giesserei-Institut en association avec le BDGuss.

Dans les fonderies, l’empreinte CO2 dépend dans une large mesure des matières premières et des processus à forte intensité énergétique tels que la fusion. Lors d’une conférence au programme du GIFA-Forum, Theodoor van der Hoeven a présenté la vision de Striko-Westofen sur la fusion durable de l’aluminium.

Au-delà des considérations pratiques de court terme pour améliorer l’efficacité énergétique, la conversion vers un vecteur énergétique non fossile, entendez la substitution totale ou partielle du gaz naturel, reste indispensable à moyen terme pour atteindre l’objectif de neutralité carbone.

Plusieurs voies de décarbonation sont explorées par Theodoor van der Hoeven, soit en partant de matières biosourcées animales ou végétales (syngas, biogas) ou en recourant à un procédé électrolytique pour la production d’hydrogène H2, d’ammoniac NH3 ou de gaz naturel synthétique CH4 (à condition bien sûr que l’électricité mise en jeu soit elle-même décarbonée).

Plusieurs limites sont également évoquées. Le pouvoir calorifique tout d’abord (kWh/Nm3), plus faible pour les gaz synthétiques ; il nécessitera d’engager des volumes plus importants pour obtenir la même capacité de fusion, posant par là le problème de l’approvisionnement et du stockage.

Figure 2 - Micro-wave Plasma Jet, UHT Thermojet et Kanthal® Flow Heater, des démonstrateurs pour illustrer différentes techniques de décarbonation des procédés aluminium.
Figure 2 – Micro-wave Plasma Jet, UHT Thermojet et Kanthal® Flow Heater, des démonstrateurs pour illustrer différentes techniques de décarbonation des procédés aluminium.

En ce qui concerne l’hydrogène, c’est bien sûr un problème de disponibilité et de prix qui est mis en avant alors que l’hydrogène vert serait employé en priorité pour la sidérurgie. Se posent également des questions de durabilité des équipements (effet sur les réfractaires) et la qualité du métal (gazage).

Dans une étude comparative prenant en compte OPEX et CAPEX c’est finalement la solution électrique que retient STRIKO-WESTOFEN qui proposera bientôt un concept de e-Melter dont l’architecture n’a pas été dévoilée.

Même constat sur le stand BDGuss qui regroupait sous son pavillon plusieurs instituts de fonderies associés au réseau FRAUNHOFER ou à des universités.

L’hydrogène est identifié comme une impasse (Fig. 1), au moins à court terme, pour la fusion et le traitement thermique des alliages d’aluminium, tandis que la BERGAKADEMIE FREIBERG proposait sur son stand trois technologies électriques en cours de développement (Fig. 2). La plus mature d’entre elle devant être disponible industriellement d’ici trois ans pour le chauffage des poches ou le maintien à température des alliages légers.

Figure 3 - solution d’hybridation avec un exemple avec un four hybride gaz et électrique - PROMEOS.
Figure 3 – solution d’hybridation avec un exemple avec un four hybride gaz et électrique – PROMEOS.

Autre solution, l’hybridation dont PROMEOS présentait non loin de là un exemple avec un four hybride gaz / électrique (Fig. 3).

GIFA 2023 – Cubilot ou four électrique

Coté fusion ferreux, ABP Induction présentaient trois exemples pratiques de conversion d’une fusion au cubilot à l’électrique, démontrant la faisabilité technique d’une telle entreprise pour la production de fonte à graphite vermiculaire, à graphite sphéroïdal ou à graphite lamellaire.

Pour reproduire synthétiquement au four à induction la qualité de fonte obtenue au cubilot, la conversion s’accompagne d’une campagne de mesures associant composition chimique et analyse thermique et l’implication de l’intelligence artificielle au travers d’un jumeau numérique du processus développé par la société ZORC Technology.

L’association des fondeurs allemands n’y voit pourtant pas la fin du cubilot. Pour preuve, le poster de la figure 4, extrait du projet InnoGuss soutenu par la Région Rhénanie du Nord Westphalie et dont les résultats devraient être publiés à l’automne. La feuille de route pour réduire les émissions de CO2 d’un cubilot vent chaud de 60% à l’horizon 2035 comprend la récupération de chaleur et l’utilisation de vecteurs alternatifs comme le biochar.

Figure 4 - Extrait du projet InnoGuss , réduire les émissions de CO2 d’un cubilot vent chaud de 60% à l’horizon 2035.
Figure 4 – Extrait du projet InnoGuss , réduire les émissions de CO2 d’un cubilot vent chaud de 60% à l’horizon 2035.

Concernant le Biochar, une recherche rapide sur le site de la GIFA nous conduit chez CARBUNA qui propose sur son stand divers échantillons de biocharbon produit à partir d’une exploitation durable en Europe et garantie par la certification EBC. Différentes formes et granulométries sont proposées, incluant des briquettes agglomérées à l’amidon destinées à substituer le coke de fonderie.

La société affiche un objectif de production porté à 10000 tonnes dès l’année prochaine pour un potentiel total européen estimé à 50000 tonnes et une demande en forte croissance.

CARBUNA conduit actuellement des essais en production avec une fonderie allemande dont le nom est resté confidentiel. Les caractérisations physiques et chimiques sont déjà partiellement disponibles et en cours de complément.

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