Technologies de l'énergie et de l'environnement

Technologies de l'énergie et de l'environnement

Poussé par la volonté de réduire les émissions de gaz à effet de serre, le développement de nouvelles techniques de production, de stockage et d'exploitation de l'énergie a fait un bond rapide au cours de ces dernières années. Dans de nombreux pays industriels, une partie significative de la quantité annuelle nécessaire en courant provient des énergies renouvelables, et cette tendance est à la hausse. De même, à l'échelle mondiale, la production de courant provenant d'énergies fossiles (charbon et gaz) ainsi que de l'énergie nucléaire ne diminuera pas mais augmentera au contraire.

Effizienz steigern

Notre ambition : encourager les innovations

L'électricité produite de manière renouvelable provient entre autres de l'utilisation de l'énergie éolienne, de l'énergie photovoltaïque et de la biomasse. L'énergie excédentaire est stockée notamment dans des cellules de batteries, des centrales à accumulation par pompage ou est transformée en hydrogène vert, très souvent à l'aide de matériaux de VDM Metals. Il existe en outre toute une série de domaines d'application périphériques dans lesquels les alliages de VDM Metals contribuent également à ce que des technologies respectueuses de l'environnement et du climat deviennent une réalité : dans des piles à combustible, le traitement des eaux usées ou la désulfuration des gaz de combustion. Dans le domaine de la production de courant conventionnelle, il s'agit d'augmenter les rendements et ainsi l'efficacité des centrales électriques. Des alliages de nickel et des alliages spéciaux jouent souvent aussi un rôle important dans ces cas précis.

 

 

Les alliages typiques pour l'emploi dans le secteur de l'énergie et de l'environnement sont :

 

Vos contacts

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Volker Wahl
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Hydrogène

L'hydrogène produit sans impact climatique constitue un élément essentiel de la transition énergétique mondiale. Il sert à la fois de matière première dans l'industrie, de combustible pour les piles à combustible et de matière de départ pour les sources d'énergie synthétiques. La manipulation de l'hydrogène demande toutefois des exigences très élevées en ce qui concerne les matériaux de construction métalliques. Ces derniers doivent alors être en partie neufs, en partie développés et entièrement caractérisés. En effet, l'hydrogène peut réduire la résistance, la ductilité et la durée de vie des métaux dès qu'il s'y diffuse. Aujourd'hui déjà, VDM Metals apporte son soutien à des approches technologiques innovantes en faveur de la fabrication, du stockage, du transport et de l'utilisation de l'hydrogène en tant que source d'énergie et en tant que matière première pour des carburants écologiques.

La fabrication de cathodes pour l'électrolyse alcaline utilise du nickel pur sous forme de bande composée de VDM® Nickel 201​​​​​​​. Les matériaux haute température qui ont déjà fait leurs preuves dans des domaines traditionnels, tels que le VDM® Alloy 602 CA, le VDM® Alloy 601 ou le VDM® Alloy 699 XA, sont polyvalents et ont été utilisés jusqu'à présent, par exemple, pour la production d'hydrogène gris.

Un autre domaine d'application intéressant de ces matériaux est celui des réactions Water-Gas-Shift (réaction du gaz à l'eau), pour produire du gaz de synthèse à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone, à partir duquel on peut ensuite produire, par exemple à l'aide du procédé Fischer-Tropsch, des produits de base importants de l'industrie chimique ou encore des carburants synthétiques.

Le VDM® Alloy 36 se caractérise par son faible coefficient de dilatation thermique et convient au transport et au stockage d'hydrogène liquide.

Piles à combustible/électrolyse

En tant que source d'énergie durable, l'hydrogène joue un rôle important pour l'avenir. La production et l'utilisation de l'hydrogène ont donc un rôle crucial. Ici aussi, VDM Metals propose les matériaux adéquats pour différents procédés. D'une part, pour l'électrolyse à haute température : la cellule d'électrolyse (Solid Oxid Elektrolyzer Cell, SOEC) produit de l'hydrogène précieux à partir d'électricité et d'eau, de manière particulièrement respectueuse du climat avec de l'électricité produite de manière renouvelable. La pile à combustible à oxyde solide (Solid Oxid Fuel Cell, SOFC) procède à l'inverse : ici, la SOFC produit de l'énergie électrique à partir de l'hydrogène et de l'oxygène de l'air. Avec un rendement d'environ 85 %, la pile à combustible à oxyde solide convient parfaitement, du fait de sa taille, pour l'alimentation électrique décentralisée des bâtiments, des locaux artisanaux et commerciaux et des usines. Ces bâtiments peuvent recevoir une alimentation flexible à l'hydrogène, au biogaz ou au gaz naturel. VDM Metals a développé avec les VDM® Crofer 22 H et VDM® Crofer 22 APU des matériaux adéquats pour les piles à combustible ou à électrolyse. Ils sont aujourd'hui une référence mondiale.

Centrales solaires thermiques (Concentrating Solar Power, CSP)

Utiliser la force du soleil pour produire de l'électricité, cela est possible de différentes manières. Les panneaux photovoltaïques en sont un exemple largement répandu. Ils sont utilisés à la fois par les particuliers et les entreprises pour la production de l'électricité. Cependant, il existe également d'autres possibilités, notamment dans les régions où le rayonnement solaire dépasse 3 000 heures par an (comme le sud de l'Espagne, l'Afrique du Nord ou la Californie, aux États-Unis), et c'est là qu'interviennent les centrales solaires thermiques. Les centrales concentrent la lumière du soleil avec des milliers de miroirs sur des systèmes de canalisations (récepteurs solaires) dans lesquels le rayonnement est absorbé par un fluide caloporteur : huile thermique, vapeur ou sel liquide. Grâce à un échangeur de chaleur, la vapeur d'eau fait tourner une turbine à vapeur et un générateur pour produire de l'électricité verte. Les tours solaires sont une forme de centrales CSP. Ici, les miroirs sont disposés autour d'une tour et l'absorbeur est situé au point le plus haut de la tour. Les tuyaux de l'absorbeur peuvent chauffer jusqu'à 1 000 degrés. Ces températures élevées, combinées aux fluides partiellement très corrosifs, exigent l'utilisation de matériaux pour haute température tels que le VDM® Alloy N06230 ou le VDM® Alloy 625.

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Cellules solaires polycristallines

Le photovoltaïque est en plein essor, aussi bien auprès des particuliers qu'auprès des entreprises et institutions publiques. Les matériaux de VDM Metals, tels que le VDM® Alloy N08120, ne sont pas utilisés dans les cellules en elles-mêmes, mais dans la production des cellules solaires polycristallines. Ce faisant, la matière première qui est le silicium, passe par un processus de production complexe impliquant des températures dépassant les 1 000 °C.

Production d'énergie à partir de la biomasse

La biomasse peut être utilisée sous forme solide, liquide et gazeuse pour générer de l'électricité et de la chaleur et pour produire des biocarburants. Elle émet moins de CO2 que les combustibles fossiles tels que la houille ou le pétrole. La réintroduction des substances contenues dans la biomasse dans les cycles de matériaux recyclables pose des exigences particulières en matière de traitement, tout comme pour les installations dans lesquelles ces processus ont lieu. 

D'une part, le déroulement du processus génère du gaz qui peut par exemple être utilisé pour la production d'électricité ; et d'autre part, des ressources précieuses comme le phosphore sont récupérées et peuvent être ajoutées dans le cycle des matières. Les installations nécessitent donc des matériaux, capables de résister à la fois à la chaleur, à la pression et à l'oxydation. Avec ses matériaux polyvalents, VDM Metals est le partenaire de choix pour le développement et l'expansion des énergies alternatives. L'un des procédés utilisés consiste à recycler les boues d'épuration en chauffant la masse humide dans de l'eau supercritique, qui est ensuite décomposée en gaz de synthèse. Ce processus permet de valoriser tous les composants solides des boues d'épuration, tels que les minéraux, les sels de métaux lourds et le phosphore. Ce procédé moderne nécessite également les matériaux spéciaux de VDM Metals, notamment le VDM® Alloy 602 MCA, car il requiert des températures de plus de 600 degrés et des pressions allant jusqu'à 250 bars.

Lignes à haute tension aériennes

L'électricité produite dans les parcs éoliens offshore, en particulier, doit souvent être acheminée sur de longues distances. En raison de l'augmentation du volume d'électricité, les conduites à haute tension s'échauffent et s'affaissent. On parle alors de Sagging. Cet effet est évité par l'utilisation du VDM® Alloy 36 Powerline. Ce matériau à haute performance se caractérise par une dilatation thermique réduite par 4 pour une résistance mécanique élevée et permet ainsi une augmentation de la puissance transmise. Pour l'alimentation électrique, cela signifie : la capacité du réseau électrique augmente grâce aux lignes électriques aériennes plus performantes.

Géothermie : comment obtenir la chaleur des profondeurs

La géothermie, ou énergie géothermique est l'énergie thermique présente sous la surface solide de la terre : plus on s'enfonce dans le sol, plus il fait chaud. Il existe une multitude de procédés et de possibilités d'utilisation pour exploiter l'énergie géothermique naturelle.

Des centrales géothermiques sont construites pour utiliser cette énergie dans la production d'électricité. Ici, l'eau chaude sous pression est pompée vers le haut dans des tuyaux depuis des couches chaudes profondes appelées aquifères. Profondeurs typiques : 3 000 à 5 000 mètres. La température augmente d'environ trois degrés Celsius par 100 mètres. En surface, l'eau transmet sa chaleur à un fluide caloporteur qui s'évapore et fait tourner une turbine et un générateur. La composition des couches rocheuses et les températures élevées nécessitent des matériaux spéciaux pour les longs systèmes de tuyaux et de pompes. Les matériaux de VDM Metals sont faits pour cela, par exemple le VDM® Alloy 625.

Turbines terrestres

Les exigences technologiques en matière de matériaux à haute performance pour les turbines terrestres sont comparables à ceux d'un moteur d'avion. Ici aussi, les caractéristiques particulières des alliages de nickel sont nécessaires afin de garantir une maîtrise sure du processus et l'efficacité la plus optimale des agrégats. Le VDM® Alloy 617, le VDM® Alloy 75 et le VDM® Alloy C-263 sont utilisés pour différents composants dans des turbines à gaz terrestres. Les chambres de combustion, les produits intermédiaires pour joints, composants d'étanchéité et parties intégrantes, mais aussi, la zone de transition comprise entre la chambre de combustion à la turbine en font partie.

Gas turbine rotor at workshop
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Désulfuration des gaz de combustion de navires

Afin de satisfaire aux prescriptions renforcées de l'OMI, l'Organisation maritime internationale, des gaz d'échappement plus propres sont devenus incontournables dans la flotte de navires. Des installations d'épuration des gaz de combustion sont une solution économique et respectueuse de l'environnement, elles éliminent les oxydes de soufre présents dans les gaz d'échappement des navires et contribuent ainsi à préserver la pureté de l'air et de l'environnement.

Traitement des eaux usées

Des treillis métalliques tricotés en alliages de nickel-cuivre ou nickel-manganèse servent de catalyseurs pour le traitement des eaux usées et pour la désinfection. Ils déploient leurs effets après que le client a traité la surface ou par la seule composition de leur alliage.

Énergie nucléaire

L'énergie nucléaire est très souvent considérée comme une technologie de transition. La sécurité et la fiabilité sont les critères majeurs de la production d'énergie nucléaire. Que ce soit dans la construction d'installations, dans le retraitement des éléments combustibles ou dans le domaine de la maintenance et de l'entretien, VDM Metals propose des concepts de matériaux sur mesure. Le VDM® Alloy 690, le VDM NeutroShield® ou le VDM FM 52i® sont des matériaux qui sont typiquement utilisés dans la construction de centrales et dans le cadre du retraitement. Selon les exigences respectives des clients, VDM Metals réalise avec précision des tests et des contrôles complets pour chaque produit, qui permettent de vérifier très précisément et de garantir le respect des propriétés mécaniques et corrosives exigées. De cette manière, l'entreprise contribue à une production sure et fiable d'énergie nucléaire.

Kernenergie