Alors que le monde cherche à décarboner le secteur du chauffage, l’avenir des chaudières au gaz naturel devient de plus en plus incertain. Ces systèmes sont notoirement inefficaces et dépendent d’une ressource qui s’épuise rapidement : les combustibles fossiles. Pendant ce temps, la conception déjà écologique des thermopompes à ammoniac ne cesse de s’améliorer, atteignant maintenant une efficacité de 400 % à 185 °F (85 °C), ce qui les rend également adaptées à des applications comme les laiteries et les brasseries.

Est-ce le moment de passer aux thermopompes à ammoniac ?

Les chaudières au gaz sont dépassées

Le chauffage est une exigence clé dans de nombreux procédés du secteur alimentaire et des boissons — que ce soit pendant ou après la production. Par exemple, dans les laiteries et les brasseries, une température de 185 °F est nécessaire pour stériliser les bouteilles et éviter la contamination des produits par la pasteurisation. Après la production, la plupart des installations ont aussi besoin d’eau chaude pour le nettoyage.

La chaleur requise provient généralement de la vapeur produite par des chaudières au gaz naturel, utilisées depuis des décennies sans remise en question — ça a toujours fonctionné, alors pourquoi changer ? Mais ce n’est pas parce que ça fonctionne que c’est optimal…

Les chaudières au gaz naturel sont inefficaces par conception, et beaucoup de chaleur est perdue lors de la conversion de la vapeur en eau. Avec les anciens systèmes, seulement 60 % de la chaleur générée est réellement utilisée après distribution, le reste étant perdu en chemin. Mais avec des coûts faibles et une abondance de combustibles fossiles, cela n’était pas considéré comme un problème.

Cependant, les choses ont changé. La disponibilité du gaz naturel et la hausse des coûts de l’électricité sont devenues des préoccupations majeures (et un défi si on mise uniquement sur l’électrification). De plus, l’introduction de la taxe carbone ajoute des coûts supplémentaires pour les installations qui utilisent des chaudières au gaz naturel. Soudainement, une chaudière n’est plus une solution économique pour produire de la chaleur.

À mesure que ces vieilles chaudières atteignent la fin de leur vie utile, la décision de les remplacer par un modèle similaire n’est plus aussi simple qu’il y a 40 ans. Surtout quand on considère que les thermopompes peuvent durer plusieurs décennies si elles sont bien entretenues.

Et les chaudières électriques ?

Les chaudières électriques sont une alternative moins coûteuse au gaz naturel, tout en réduisant les émissions directes en limitant l’usage des combustibles fossiles. Avec la poussée mondiale vers la décarbonation, elles semblent être une solution idéale. Sauf que ces systèmes consomment une quantité exorbitante d’électricité, ce qui fait rapidement grimper la facture — surtout avec la hausse des prix de l’électricité à l’échelle mondiale.

De plus, ces chaudières sont moins efficaces que les thermopompes. Dans le meilleur des cas, chaque unité d’électricité utilisée par la chaudière produit une unité de chaleur (1 kW d’électricité pour 1 kW de chaleur). Comparé à une thermopompe qui génère quatre unités de chaleur pour une unité d’électricité, l’efficacité de 400 % des thermopompes devient soudainement un argument économique très convaincant.

Rien ne se perd, tout se récupère

Les thermopompes ne sont pas nouvelles — elles existent depuis aussi longtemps que le cycle de réfrigération. Une thermopompe utilise le même schéma, mais du côté du condenseur. La seule différence est que la chaleur était autrefois considérée comme un déchet, alors qu’aujourd’hui, l’industrie reconnaît la valeur de cette énergie thermique.

Les installations alimentaires et de boissons ont généralement aussi un besoin de refroidissement — comme refroidir le lait ou la bière — à l’aide d’un système de réfrigération distinct. La chaleur retirée du produit est ensuite évacuée et perdue. L’installation génère de la chaleur en refroidissant, puis la jette, pour ensuite produire de la chaleur séparément avec un autre système. Ces deux systèmes fonctionnent souvent en parallèle, gaspillant beaucoup d’énergie et augmentant les coûts d’exploitation.

Si l’installation intégrait une thermopompe à son système de réfrigération, elle pourrait capter et utiliser la chaleur résiduelle du processus de refroidissement.

Ce processus de récupération de chaleur est un avantage unique des thermopompes. Cette chaleur résiduelle offre une excellente opportunité pour alimenter l’entrée de source froide des thermopompes haute température, comparativement à d’autres sources comme la géothermie, l’air ou les eaux usées. Elle fournit une température d’entrée de meilleure qualité, rendant la thermopompe plus efficace et capable d’atteindre des températures de sortie plus élevées avec un meilleur coefficient de performance (COP).

Des thermopompes qui montent en température

Grâce à l’amélioration continue des composants et du savoir-faire technique, les thermopompes industrielles à ammoniac peuvent maintenant capter la chaleur résiduelle pour fournir de la chaleur jusqu’à 185 °F, rendant l’équipement adapté à encore plus de procédés dans le secteur alimentaire et des boissons — comme les brasseries et les laiteries. Même pour les procédés nécessitant des températures plus élevées, une thermopompe peut être bénéfique en utilisant la chaleur résiduelle pour réduire l’élévation de température requise. Le 185 °F est essentiellement atteint grâce à la chaleur récupérée (et très peu d’énergie supplémentaire).

Tout procédé combinant chauffage et refroidissement peut bénéficier de l’ajout d’une thermopompe. Même si ces procédés ne se produisent pas simultanément, la thermopompe peut capter la chaleur résiduelle du processus de réfrigération pour chauffer de l’eau et la stocker dans un réservoir thermique pour une utilisation ultérieure. Une thermopompe fonctionne aussi bien pour des applications où de l’air chaud est nécessaire pour ventiler une pièce après la production.

Cette solution ne se limite pas au secteur alimentaire et des boissons ; d’autres industries peuvent aussi en bénéficier — des secteurs automobiles aux réseaux de chauffage et de refroidissement urbains, en passant par les hôpitaux et les campus.

L’ammoniac : la meilleure solution

Toutes les thermopompes ne sont pas égales, et le choix du réfrigérant est crucial. L’ammoniac (R717/NH3) a un potentiel de destruction de la couche d’ozone (ODP) nul et un potentiel de réchauffement global (GWP) de 0, ce qui en fait le réfrigérant le plus écologique. Passer aux thermopompes est aussi une excellente façon d’atteindre des objectifs de durabilité ou de réduction de l’empreinte carbone. C’est un équipement qui peut avoir un impact majeur sur les émissions de portée 1 et 2.

Mais les avantages de l’ammoniac vont au-delà des gains environnementaux évidents et de son prix stable (et abordable). Ce réfrigérant naturel est utilisé depuis des décennies, et plus de 80 % du secteur alimentaire et des boissons en Amérique du Nord utilisent déjà l’ammoniac dans leurs systèmes de réfrigération, ce qui rend l’ajout d’une thermopompe à ammoniac facile à intégrer.

Les propriétés de l’ammoniac sont particulièrement favorables au chauffage et au refroidissement. Cela signifie qu’un seul système peut être utilisé pour les deux fonctions, plutôt que d’avoir des systèmes séparés qui augmentent les besoins en maintenance et l’encombrement de l’équipement. Tout espace supplémentaire requis pour l’équipement est un espace perdu pour la production.

Éliminer la barrière du CAPEX

Bien que les économies d’exploitation (OPEX) avec une thermopompe dépassent largement l’investissement initial (CAPEX), la réalité est que la plupart des installations n’ont pas ce capital disponible, et si elles l’ont, elles préfèrent l’utiliser pour augmenter directement la production. C’est là que les entreprises de services énergétiques (ESCO) entrent en jeu, en utilisant les économies pour financer l’approche à faible carbone et en éliminant le fardeau du CAPEX en prenant en charge l’ensemble du processus d’installation. C’est une excellente opportunité pour les entreprises de passer à des thermopompes plus efficaces sans avoir à investir de capital supplémentaire.

Dans certaines régions, des subventions et des aides financières sont disponibles pour une meilleure utilisation de l’électricité et la réduction des émissions et de l’usage des combustibles fossiles. Remplacer une chaudière au gaz naturel par une thermopompe pourrait aussi rendre un projet admissible à ces subventions, réduisant encore l’investissement nécessaire pour effectuer la transition.

La bonne solution pour votre installation ?

Une étude de faisabilité est un excellent point de départ pour déterminer si l’ajout d’une thermopompe à ammoniac pourrait être bénéfique pour une installation, et comment elle se compare aux chaudières. L’étude analysera la situation et les besoins spécifiques de l’installation, en tenant compte de sa consommation énergétique, de son empreinte carbone et de ses objectifs en matière de durabilité (entre autres).

L’étude établira ensuite une feuille de route pour atteindre ces objectifs au fil du temps, selon les besoins de l’installation. Elle proposera un plan d’action, estimera les coûts et mettra en évidence les économies potentielles avec des chiffres concrets. En explorant différentes technologies et solutions, on pourra évaluer l’impact sur les flux de trésorerie nets, permettant ainsi une décision éclairée.

Passer à l’action

Maintenant que les thermopompes à ammoniac peuvent atteindre 185 °F, le secteur de la production alimentaire et des boissons a une excellente occasion de réduire ses factures d’énergie et ses émissions, tout en améliorant la production et l’efficacité. Remplacer les vieilles chaudières au gaz naturel par une thermopompe industrielle à ammoniac est une décision logique — elle est rentable et peut offrir un avantage concurrentiel dans un monde où les coûts énergétiques ne cessent d’augmenter.

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