L'énergie est le cœur d'une entreprise, l'eau est le sang

L'énergie peut effectivement être un facteur dominant dans la séparation de l'air et la production d'hydrogène et la cogénération, mais la gestion de l'eau n'est certainement pas mise de côté.

Avec une consommation d'eau de 79 millions de mètres cubes par an, Air Liquide équivaut à la consommation d'eau de ses clients. Environ soixante-dix professionnels dans le monde entier s'occupent actuellement du thème de l'eau. Paul McNicholas dirige ces experts de l'eau, et il offre sa vision d'un approvisionnement en eau abordable, fiable et durable.

Air Liquide est l'un des fournisseurs les plus connus de divers gaz pour l'industrie sidérurgique, pétrochimique, chimique, de process et alimentaire. D'autres environnements typiques dans lesquels ces gaz sont utilisés comprennent l'industrie du verre et l'industrie automobile. L'entreprise fournit en outre des gaz hautement spécialisés et de haute qualité pour l'industrie électronique de pointe, ainsi que des gaz médicaux.

Certains de ces gaz sont produits par la séparation de l'air. L'entreprise produit également de l'hydrogène gazeux par reformage à la vapeur de biogaz ou de gaz naturel, ou par électrolyse de l'eau. Un sous-produit de ce processus est le monoxyde de carbone, qui a également son propre marché. En fonction de leur volume, les gaz arrivent chez le client par pipeline, camion ou bouteille de gaz. Les gaz sont souvent essentiels au processus. L'entreprise opte donc pour une production proche du client, ou "over the fence", comme elle l'appelle. Air Liquide est ainsi en mesure de fournir un taux de fiabilité de 99,99%, qui est obtenu grâce à la redondance et à la distribution des gaz. Air Liquide possède 324 grandes installations de séparation des gaz de l'air et 46 usines d'hydrogène et de monoxyde de carbone dans le monde entier.

Une deuxième partie importante de l'entreprise est la branche cogénération, qui assure l'approvisionnement en vapeur et en électricité d'un certain nombre de grandes entreprises internationales (pétrochimiques). L'usine de Pergen, située dans les locaux de Shell Pernis, est, par exemple, entièrement exploitée par Air Liquide. Les locaux de Huntsman comprennent également une centrale électrique d'Air Liquide. Il existe dix-sept installations de ce type dans le monde.

Une des divisions de l'entreprise française qui n'est pas aussi connue des Néerlandais est celle du traitement des eaux (usées). C'est une activité logique, en raison de l'utilisation de l'oxygène pour la production d'ozone dans le monde de l'eau. La recherche et les applications ne se limitent toutefois pas aux gaz. Le département R&D de l'entreprise étudie également l'utilisation de membranes pour optimiser la distribution des gaz dans l'eau.

Consommation d'eau

Il n'est pas surprenant que l'énergie soit un facteur dominant dans la séparation de l'air, la production d'hydrogène et la cogénération. Mais la gestion de l'eau n'est certainement pas négligée. Environ soixante-dix professionnels du monde entier se penchent sur le thème de l'eau. Le Britannique Paul McNicholas dirige ces experts de l'eau et, debout à côté de l'installation de Pergen, il expose sa vision d'un approvisionnement en eau abordable, fiable et durable : "En ce qui concerne la consommation d'eau, nous sommes presque à la hauteur de nos clients", explique M. McNicholas. Il révèle un tableau de 2015 dans lequel la consommation d'eau de 79 millions de mètres cubes par an est juste un peu plus faible que la consommation de DOW Chemical, et dépasse même l'utilisation de BASF. Les entreprises pétrochimiques ont largement dépassé Air Liquide en ce qui concerne la consommation d'eau, mais une grande partie de cette eau finit par retourner dans le réseau d'eau : "Lorsque nous séparons l'air, nous utilisons de l'eau pour refroidir l'air comprimé", poursuit McNicholas, "environ 70 % de l'eau s'évapore au cours de ce processus, tandis que les 30 % restants sont traités sur place ou rejetés dans l'installation locale d'épuration des eaux usées la plus proche. Ce processus représente soixante pour cent de notre consommation d'eau, les quarante pour cent restants sont dus à d'autres processus, tels que la cogénération. La majeure partie de cette eau disparaît dans les processus des clients".

Cette disparition est peut-être un peu exagérée, car la vapeur d'eau fait finalement partie de l'ensemble du système, mais la société a toujours besoin d'eau et d'électricité pour continuer à fournir de la vapeur traitée à ses clients. Nos clients sont en outre de plus en plus exigeants sur la qualité de la vapeur", ajoute McNicholas, "dans certains cas, nous produisons cette eau nous-mêmes, comme dans notre succursale de Bayport (États-Unis, ndlr) où nous ne nous contentons pas de séparer l'air et de produire de l'hydrogène, mais où nous produisons également de la vapeur à partir de notre propre eau. L'avantage d'un tel système intégré est que vous pouvez produire de façon beaucoup plus rentable et plus efficace sur le plan énergétique. Une combinaison de procédés exothermiques et endothermiques nécessite relativement peu d'énergie supplémentaire. Nous pouvons également réutiliser la chaleur résiduelle dans l'eau de retour. Cette approche intégrale n'est malheureusement pas toujours possible. Dans le cas de Shell Pernis, nous fournissons de la vapeur au site et de l'énergie à Eneco. Depuis la mise en service de Pergen en 2008, l'eau est fournie par Evides Industriewater. Dans ce type de collaboration, nous visons évidemment la plus grande efficacité possible, mais la fiabilité de l'approvisionnement est tout aussi importante".

L'usine de déminéralisation a récemment été agrandie avec une installation de traitement des condensats. Cette unité de polissage du condensat (CPU) traite l'eau qui reste après que la vapeur a transféré sa chaleur au processus, afin d'atteindre une qualité permettant de créer immédiatement de la vapeur.

Stress de l'eau

La récupération de l'eau est moins prioritaire aux Pays-Bas que partout ailleurs dans le monde : "L'eau que nous utilisons aboutit généralement à un traitement collectif des eaux usées ou à une installation commune de traitement des eaux usées", poursuit McNicholas, "dans le cas de la séparation de l'air, nous n'utilisons l'eau que pour refroidir l'air, ce qui ne contamine guère l'eau. La réutilisation de l'eau peut être intéressante pour les installations de cogénération, car elle contient souvent de l'énergie sous forme de chaleur".

Le stress hydrique est plus marqué dans d'autres pays, et des investissements importants sont réalisés pour réduire la demande en eau : "Les meilleurs exemples viennent de Singapour et de la Chine", selon McNicholas. En Chine, par exemple, nous sommes obligés de recycler et de réutiliser 65 % de notre eau. Il en va de même au Brésil, où nous avons réussi à réduire de 63 % notre consommation d'eau. Dans certains cas en Chine, nous ne pouvons même pas rejeter une seule goutte d'eau. Ces exigences sont en effet très strictes : la seule chose autorisée à sortir de l'usine est la poudre. Chaque goutte d'eau doit être réutilisée.

Zéro rejet de liquide

McNicholas doute que ces solutions de rejet liquide zéro soient les meilleures du point de vue énergétique et environnemental : "Dans de nombreux cas, il est préférable de laisser la nature faire son travail et de traiter l'eau naturellement. Dans les régions où le stress hydrique est important, d'autres considérations s'appliquent, ne serait-ce que parce que les autorités locales sont en mesure de faire respecter ces exigences. La législation est donc le meilleur moyen de motiver l'innovation et les investissements dans l'économie et le traitement de l'eau. M. McNicholas est convaincu que cette législation va devenir plus stricte : "Avec le changement climatique, de nouvelles zones de stress hydrique vont apparaître. Selon les prévisions pour 2050, la demande en eau augmentera de 55 %. La plus grande partie de ce pourcentage est due à l'industrie manufacturière, qui verra sa demande augmenter de 400 % au cours de cette période. La consommation d'eau des entreprises de services publics augmentera également, et on estime qu'elle augmentera de 140 %. La population mondiale augmente également rapidement, ce qui correspond à une augmentation de 130 % de la consommation d'eau domestique. Si l'industrie continue de cette manière, il pourrait bien y avoir des pénuries. Les personnes sont toujours placées avant les processus, et l'industrie devra donc trouver des moyens de réduire sa consommation d'eau.

La qualité de l'eau

Outre la quantité, la qualité de l'eau est une autre préoccupation : "La micropollution et les sous-produits biocides, en particulier, posent un problème croissant dans le traitement de l'eau. Dans de nombreux pays, y compris en Europe, on envisage de légiférer pour réduire cette contamination. Nombre de ces contaminations peuvent être résolues par l'utilisation de l'ozone. Nous fournissons de l'oxygène pur, qui peut être utilisé pour fabriquer de l'ozone".

McNicholas n'est pas encore tout à fait convaincu que l'eau reçoive l'attention qu'elle mérite de la part de l'industrie : "Notre consommation d'énergie et ses coûts connexes dépassent de loin ceux de l'eau. Il existe un lien direct entre l'énergie et l'eau, dans lequel l'énergie est le cœur d'une entreprise, et l'eau est le sang".

Pergen

La centrale de cogénération de Pergen, située dans les locaux de Shell Pernis, fournit sept cents tonnes de vapeur par heure et produit environ trois cents mégawatts d'électricité. Pour une centrale de cogénération hautement efficace comme Pergen, la qualité est, avec la sécurité de l'approvisionnement en eau, une autre question importante. Une des exigences est une conductivité inférieure à 0,2 micro Siemens et une teneur totale en carbone organique inférieure à deux cents parties par milliard.

Avec une capacité totale de 1 055 mètres cubes de demi-eau par heure, l'installation est l'une des plus grandes de ce type en Europe. L'installation est alimentée en eau industrielle par Evides Industriewater. L'eau étant d'une qualité constante et élevée, les dimensions de l'installation d'eau de traitement restent assez modestes. Le processus de déminéralisation est basé sur l'échange d'ions, car cette technologie de traitement présente un taux de récupération relativement élevé. Il en résulte des économies sur l'eau d'alimentation et une diminution des rejets d'eaux usées. L'eau d'alimentation circule dans deux canalisations vers deux réservoirs de rupture de 10 000 mètres cubes chacun. De ces réservoirs, l'eau est pompée vers la demi installation, composée de cinq lignes de production au total. Chaque ligne de production comprend un filtre à cations avec une résine faible et une résine très acide, une tour de dégazage du CO2, un filtre à anions avec une résine alcaline faible et une résine très forte, et un filtre à lit mélangé comme polisseur. L'étape finale de polissage consiste à faire passer l'eau par une installation d'osmose inverse, pour atteindre finalement les faibles valeurs de COT fixées dans le contrat.

Cet article a été publié à l'origine dans UTILITIES pages 9-11 NUMERO 01 - février 2017, ACHTTIENDE JAARGANG.