BASF construit une pompe à chaleur de 120 MWth pour son usine de Ludwigshafen
En route vers son objectif de neutralité carbone en 2050, BASF remplace les générateurs gaz produisant de la vapeur sur son site de Ludwigshafen par une pompe à chaleur de 120 MWth, avec l’aide de MAN Energy Solutions.
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BASF, le grand chimiste allemand, a un objectif : neutralité carbone en 2050, avec un point d'étape qui est la réduction de ses émissions de GES (Gaz à Effet de Serre) de 25 % en 2030. Pour y parvenir, l'entreprise va notamment expérimenter la production de vapeur à partir d'une pompe à chaleur de 120 MWth alimentée par de chaleur fatale sur son site de production historique de Ludwigshafen, en remplacement des générateurs de vapeur fonctionnant actuellement au gaz naturel. Le 15 octobre, BASF a reçu notification d’une aide de 310 223 719 € (la précision du chiffre étonne) de la part du gouvernement fédéral allemand pour l’étude et la réalisation de cette opération.
Sur le site de Ludwigshafen, les travaux d’installation de la pompe à chaleur de 120 MWth commenceront au premier trimestre 2025. © BASF
Des sites "Verbund"
La récupération de la chaleur fatale n’est pas une idée nouvelle chez BASF. L’entreprise la met en œuvre dans ses six sites "Verbund" mondiaux, dont celui de Ludwigshafen. En allemand, verbund signifie connecté. L’idée consiste à concevoir des sites de production de telle manière que les sous-produits d’un processus deviennent la matière première d’un autre process sur le même site. Ce qui réduit la consommation d’énergie, minimise le transport et les pertes de toutes sortes. En 2020 déjà, la réutilisation de la chaleur fatale dans les six sites "Verbund" a conduit à l’économie de 18,7 millions de MWh d’énergie. BASF a d’ailleurs entrepris la construction à Zhanjiang en Chine d’un nouveau site "Verbund" qui fonctionnera entièrement à partir d’énergie renouvelable.
À Ludwigshafen, la pompe à chaleur devrait produire, dès 2027, 500 000 tonnes métriques de vapeur par an. Ce sera une pompe à chaleur eau/vapeur à compression. La source froide étant la chaleur fatale récupérée sur le site et l’électricité alimentant la pompe sera d’origine renouvelable. L’essentiel de la vapeur produite sera utilisé pour la production d’acide formique. La production de GES dans ce processus sera réduite de 98 %, soit 100 000 t CO2eq par an en moins. Le solde de la vapeur alimentera le réseau de distribution de vapeur du site pour contribuer à d’autres productions.
Le site de Ludwigshafen utilise en effet de grandes quantités de vapeur – 14 millions de tonnes métriques de vapeur en 2023 – pour le séchage de matières, le réchauffage de réacteurs et la distillation. Grâce à des solutions de récupération de chaleur déjà en place, environ 50 % des besoins de chaleur pour la production de vapeur sont directement issus de la chaleur fatale récupérée. Le solde est actuellement produit par du gaz.
La pompe à chaleur de Ludwigshafen sera une pac eau/vapeur, alimentée par la chaleur fatale récupérée sur le site, utilisant du CO2 comme fluide frigorigène dans un processus transcritique pour produire de grandes quantités de vapeur. Elle pourrait occuper l'équivalent de la surface d'un terrain de football. © BASF
Une collaboration entre BASF et MAN Energy Solutions
Le savoir-faire pour la construction de cette pompe à chaleur géante vient de MAN Energy Solutions, qui s’appelait auparavant MAN Diesel & Turbo. Le changement de nom témoigne de la réorientation de MAN vers des technologies vertes : production et utilisation d’hydrogène, pompes à chaleur de très haute température et forte puissance, … MAN Energy Solutions a son siège en Allemagne et emploie 14 000 personnes dans 140 sites à travers le monde.
Fin Juin 2022, BASF et MAN Energy Solutions ont signé un accord pour le développement de pompes à chaleur à compression géantes, capable de produire de la vapeur en utilisant la récupération de chaleur fatale comme source froide, avec comme premier objectif l’implantation d’une telle machine sur le site BASF de Ludwigshafen avec une capacité de 150 tonnes métriques de vapeur par heure, soit une puissance thermique équivalente de 120 MW. Le second but consistait à améliorer les performances du système de refroidissement de l’usine et à le rendre moins dépendant des conditions météorologiques. En gros, les tours de refroidissement travailleront moins si la majeure partie de la chaleur fatale à dissiper est captée comme source froid de la pompe à chaleur. Avec ce projet, les deux partenaires acquièrent une expérience d’intégration de pompes à chaleur haute température et de grande puissance dans des sites industriels "Verbund". Il s’agit, si l’expérience est un succès, d’équiper peu à peu les autres sites "Verbund" de BASF.
MAN Energy Solutions fabrique déjà des pompes à chaleur de forte puissance utilisant le CO2 comme fluide frigorigène. Sa technologie CO2 transcritique est utilisée dans des pompes à chaleur de 50 MWth, capables de produire de la vapeur ou de l’eau surchauffée à 150°C, qui équipent des réseaux de chaleur. Le réseau de chaleur d’Helsinki est ainsi équipé d’une pac air/eau MAN Energy Solutions au CO2, capable de moduler sa puissance de 20 à 33 MWth et fournit environ 500 GWh de chaleur à 90 °C par an. Au Danemark, la ville de Aalborg alimente son réseau de chaleur avec quatre pac MAN Energy Solutions de 44 MW pour une puissance totale de 177 MWth. Ce sont des pac eau/eau dont la source froide est l’eau de mer. Ces pac fournissent une température de départ d’eau de 98 °C. © MAN Energy Solutions
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