Réduire les émissions de CO₂ grâce à des échangeurs thermiques efficaces

Les exploitants de navires opérant dans le secteur maritime subissent une pression croissante pour améliorer leur efficacité. Les émissions de CO₂ liées au transport maritime représentent environ 3 % des émissions mondiales, et l’OMI souhaite les réduire drastiquement d’ici environ 2050, dans la perspective d’atteindre zéro émission. En tant que pionniers du secteur, avec plus de 20 ans d’expérience et plus de 500 projets réalisés chaque année pour plus de 1 000 navires, nous savons que l’un des meilleurs moyens de décarboner consiste à optimiser les systèmes d’échange thermique embarqués. Sous la direction de plus de 100 techniciens en électricité et en mécanique, notre équipe intervient régulièrement sur des solutions de récupération de chaleur perdue, allant des échangeurs thermiques à tubes et calandre ou à plaques aux unités hybrides à cycle de puissance S-CO₂, dans le but d’aider à économiser du carburant. Nous décrivons ci-dessous quatre leviers clés par lesquels un bon échange thermique réduit directement les émissions de CO₂.

Récupération de chaleur perdue : transformer les pertes en énergie

Les moteurs diesel marins modernes atteignent un rendement thermique d’environ 50 % ; l’énergie restante du carburant est perdue sous forme de chaleur, principalement via les gaz d’échappement (généralement à plus de 250 °C) et l’eau de refroidissement du carter. Cette chaleur résiduelle est récupérée à l’aide d’échangeurs thermiques performants afin d’être transformée en énergie utile (puissance ou chaleur à bord). Dans les applications marines, les systèmes de récupération de chaleur résiduelle (WHR), tels que le cycle de Joule, permettent d’accroître la puissance globale du moteur de 2 % à 12 %. Ce gain résulte directement d’une réduction de la consommation de carburant par mille marin et, par conséquent, d’une diminution des émissions de CO₂ par traversée. L’énergie récupérable dans les gaz d’échappement varie selon la charge du moteur et le rapport des capacités thermiques, en fonction notamment du débit de gaz d’échappement à traiter et du fluide caloporteur. Ce paramétrage est optimisé au sein d’une boucle de récupération thermique conçue par l’équipe d’ingénierie de SME, pouvant fonctionner avec différentes capacités thermiques des gaz d’échappement et du fluide caloporteur.

Soutien aux systèmes embarqués de capture du carbone

Un échange efficace de chaleur est très important pour certains systèmes du projet OCCS destinés à être installés sur un navire. Par exemple, le CO₂ est capté dans le cadre d’un système de capture, et le CO₂ capté doit être séparé du solvant capté en appliquant une quantité suffisante d’énergie thermique, dans le cas où le système de capture utilise la monoéthanolamine (MEA) comme solvant. Les échangeurs de chaleur alimentés par SME permettent d’utiliser la chaleur sensible des gaz d’échappement du moteur comme principale source d’énergie pour ce processus de régénération énergétique, réduisant ainsi ou supprimant le besoin de chauffage auxiliaire à combustible supplémentaire. Lorsqu’ils sont optimisés, les taux de réduction de CO₂ obtenus grâce aux systèmes de récupération de chaleur couplés à des systèmes de capture peuvent dépasser 70 %. Pour les navires exploités dans des climats froids, l’avantage supplémentaire des échangeurs de chaleur avancés ou exotiques réside également dans la récupération de chaleur destinée aux locaux d’habitation du navire et au préchauffage du carburant, réduisant ainsi la demande en chaudière auxiliaire, une autre source importante d’émissions supplémentaires.

Cycles de puissance au CO₂ supercritique pour une efficacité compacte

En raison de l’espace limité à bord, une forte densité et une miniaturisation des dispositifs de production d’énergie sont requises. SME contribue également au déploiement de cycles de Brayton au CO₂ supercritique, qui transfèrent la chaleur résiduelle des gaz d’échappement au CO₂ à l’état supercritique via des échangeurs thermiques. Par rapport aux cycles de Rankine traditionnels, le cycle S-CO₂ offre une empreinte au sol plus réduite et un rendement énergétique élevé. La conception des échangeurs thermiques — prenant en compte la température d’entrée, la masse et la pression d’entrée des gaz d’échappement — joue un rôle critique sur les performances de ces systèmes. Ces variables sont intégrées aux spécifications techniques de SME, de sorte que les échangeurs thermiques hybrides, combinant plaques gravées et ailettes, fournissent les meilleurs résultats thermiques possibles tout en minimisant les pertes de charge.

Récupération du froid issu de la vaporisation du GNL

Une opportunité spéciale existe pour les navires fonctionnant au GNL lors du ravitaillement en GNL, grâce à la récupération d’énergie froide issue de la vaporisation du GNL. La capacité du GNL à absorber une grande quantité d’énergie thermique lorsqu’il se réchauffe pour passer à l’état gazeux permet d’utiliser cette ressource « froide » dans des échangeurs thermiques afin de condenser le CO₂ capturé pour un stockage liquéfié, ou d’améliorer l’efficacité des systèmes de climatisation et de réfrigération du navire. Les solutions d’échangeurs thermiques de SME intègrent des systèmes de récupération du froid (CRS) capables de réduire la charge électrique des compresseurs, diminuant ainsi la puissance consommée à bord et la consommation de carburant associée. Nos PME offrent le même niveau d’efficacité sur les navires existants, grâce à nos procédés certifiés ISO et à notre atelier de Nantong de 5000 m². Nous pouvons appliquer ces mêmes techniques aux navires existants, notamment à ceux dont le rapport entre la taille du navire et la consommation de carburant au GNL est favorable.

Conclusion : L’engagement de SME en faveur de la décarbonisation

Échange thermique efficace : un domaine essentiel où des actions menées dès aujourd’hui peuvent générer un effet multiplicateur significatif sur la réduction des émissions au sein de la flotte mondiale dans son ensemble. SME Group fournit des solutions techniques d’échange thermique conçues pour réduire la consommation de carburant et l’empreinte environnementale, notamment la récupération de chaleur résiduelle, le soutien à la capture du carbone, les cycles au CO₂ supercritique (S-CO₂) et la récupération du froid du GNL. Agréé par l’ANAB, l’IAF et le UKAS, certifié ISO 9001 et ISO 14001, SME Group met à disposition plus de 100 spécialistes et propose des services toute l’année dans tous les chantiers navals du monde entier, notamment en Chine continentale. Nous offrons une garantie de 12 mois ainsi qu’un héritage fondé sur le principe « Au-delà de la simple préoccupation », afin de garantir que tous nos projets contribuent à un avenir maritime plus vert et plus durable. Contactez dès aujourd’hui les experts de SME pour découvrir comment un échange thermique énergétiquement efficace peut vous aider à réduire l’empreinte carbone de votre navire et à diminuer vos coûts opérationnels.