Alimenter les aciéries de demain grâce à l’énergie nucléaire
By Raf Hirmiz, Ph. D.|23 mars 2023
Alors que l’industrie sidérurgique s’apprête à décarboniser ses procédés, elle aura besoin d’une quantité importante d’énergie sans carbone, et la technologie nucléaire est bien placée pour faire partie de la solution. En devenant une partie intégrante de l’aciérie, la technologie nucléaire peut être utilisée pour fournir de l’électricité, de la vapeur et de l’hydrogène, tout en alimentant d’autres technologies de réduction des GES.
L’industrie sidérurgique est un secteur énergivore au sein duquel il est difficile de réduire l’intensité carbonique, et elle doit actuellement surmonter des défis liés à sa stratégie de décarbonisation. Le procédé traditionnel de fabrication du fer dans les hauts fourneaux repose sur l’utilisation de coke fabriqué à partir de charbon métallurgique comme matière première essentielle pour la réaction et comme source d’énergie, ce qui génère d’importantes quantités de CO2 et constitue la majorité des émissions de GES des aciéries intégrées.
Grâce aux nouvelles technologies nucléaires à notre portée, nous pouvons aider. Il existe de nombreuses synergies entre les centrales nucléaires et les aciéries. Cet article traite de quelques-unes des principales solutions et explique comment l’énergie nucléaire peut faire partie de la solution pour décarboniser l’industrie sidérurgique.
Aperçu des nouvelles technologies de décarbonisation
De nombreux grands fabricants d’acier ont déterminé que le fer de réduction directe (FRD) est une solution à mettre de l’avant afin de réduire considérablement les émissions de GES. Le FRD utilise du gaz naturel et de l’hydrogène comme solution de rechange à faibles émissions pour réduire directement le minerai de fer sans qu’il soit nécessaire de le faire fondre. Cette solution permet de réduire les émissions globales de GES par rapport aux hauts fourneaux et offre des occasions de réduire davantage les émissions grâce à l’utilisation de l’hydrogène pour le FRD, l’aciérage électrique et le captage de carbone. L’approvisionnement en hydrogène sans émission dans le cadre de la fabrication de fer décarboné est souvent limité par la quantité d’énergie électrique propre pour l’électrolyse.
Traditionnellement, le procédé d’élaboration de l’acier avec convertisseurs basiques à oxygène est utilisé en aval des hauts fourneaux, où l’oxygène est soufflé dans le fer fondu pour produire de l’acier. Bien qu’une quantité minime d’électricité soit actuellement requise pour ce procédé, les diverses solutions d’aciérage à base de FRD nécessitent des quantités importantes d’énergie électrique. Cela comprend le procédé omniprésent d’élaboration de l’acier avec fours électriques à arc, le procédé de fusion du fer de réduction directe CRISP+ de Hatch et le procédé direct d’élaboration de l’acier CRISP, qui utilisent tous deux la technologie du four de fusion électrique. Il est donc urgent d’avoir accès à de grandes quantités d’énergie électrique fiable et sans émissions pour aider à décarboniser l’industrie sidérurgique.
Les petits réacteurs modulaires (PRM) ont été désignés comme l’une des technologies-clés pour contribuer au défi mondial en matière de GES, offrant des avantages de taille en matière de fiabilité, de souplesse en matière d’emplacement et d’extensibilité. En produisant de l’électricité et de la vapeur à faible coût et sans GES, les PRM pourraient être construits près d’aciéries intégrées, fonctionnant de façon indépendante et interconnectée à l’aciérie pour fournir de l’électricité et de la vapeur tout en alimentant le réseau local. Les PRM fournissent une énergie et de la vapeur fiables et constantes qu’il est difficile d’obtenir avec des usines de production d’énergie solaire et éolienne sans investissement important dans le stockage de l’énergie.
Électrification des procédés et indépendance vis-à-vis du carbone
L’électrification accrue des procédés et l’indépendance face au carbone fossile sont l’une des tendances dominantes de la décarbonisation de l’industrie sidérurgique, et l’avancement de l’énergie nucléaire peut être un élément essentiel de la future aciérie intégrée carboneutre.
Dans ce cas, l’énergie nucléaire peut être utilisée pour :
- fournir à l’usine de l’électricité et de la vapeur sans GES;
- alimenter les procédés d’électrolyse et produire localement de l’hydrogène sans émission qui peut être directement utilisé dans le procédé de FRD;
- alimenter les technologies de captage, d’utilisation et de stockage du carbone qui peuvent être intégrées au procédé de FRD afin de réduire davantage les émissions (le captage de carbone peut également être utilisé dans le cadre de l’exploitation de hauts fourneaux pour capter les émissions);
- servir de lien vers les capacités de stockage, y compris le stockage électrique, le stockage de l’hydrogène et le stockage thermique;
- créer des synergies supplémentaires (p. ex., utiliser l’oxygène provenant de l’électrolyse directement pour l’aciérie, alimenter diverses technologies de cycle du carbone et de conversion des gaz de procédé).
Les PRM et leur rôle dans la solution
Bien que plusieurs de ces technologies soient nouvelles, de nombreux projets d’aménagement et de nouvelles applications sont actuellement en train d’être mis au point. Ensemble, ils offrent un ensemble unique d’occasions de réduire les émissions de l’industrie sidérurgique. De plus en plus, les PRM jouent un rôle clé dans la solution et peuvent être combinés à d’autres technologies comme l’électrification, le stockage de batteries et l’énergie renouvelable pour atteindre des objectifs ambitieux en matière de GES.
La taille du petit réacteur modulaire est un facteur important et doit être liée à la taille et aux besoins énergétiques de l’aciérie et du réseau local. Il faut également tenir compte des multiples utilisations possibles de la vapeur et de l’électricité produites par les PRM au-delà du procédé de fabrication de l’acier, pouvant être colocalisées avec des aciéries intégrées, comme la logistique et le transport, l’exploitation minière et le traitement du minerai, la production et les infrastructures d’hydrogène, l’électricité commerciale et résidentielle et le chauffage urbain. Il existe également de nombreuses possibilités de relier la production de PRM aux énergies renouvelables, au stockage de batteries et d’énergie thermique, aux véhicules électriques et à leur infrastructure, ainsi qu’à d’autres technologies propres comme une suite complète de solutions.
De cette façon, les zones industrielles très denses peuvent utiliser des PRM pour répondre aux besoins énergétiques de plusieurs utilisateurs sous la forme de carrefours d’énergie nucléaire à faibles émissions semblables aux concepts de carrefours d’énergie renouvelable et d’hydrogène vert. À l’inverse, les régions éloignées pourraient également en tirer un grand bénéfice, grâce à l’accès à de l’énergie propre sans carbone, à de nouvelles possibilités d’emploi, à de nouveaux investissements et à d’autres synergies.
Communiquez avec nous pour en savoir plus sur les façons dont les PRM sont bien placés pour répondre aux besoins des aciéries et pour en apprendre davantage sur la technologie CRISP+ de Hatch et sur la mission de fournir à l’industrie sidérurgique et aux communautés environnantes une énergie fiable et sans émissions.