Les séchoirs industriels sont très énergivores et fonctionnent souvent au gaz naturel. Fraunhofer IGB développe donc une alternative : de la vapeur surchauffée à la place de l’air chaud.
Dans le cadre du projet LowCarbDry, cette vapeur est produite à partir d’électricité et d’une pompe à chaleur. La récupération de chaleur et la conduite intelligente du procédé devraient réduire la consommation d’énergie d’un facteur deux à quatre — voire de 80 %.
Les minéraux, les denrées alimentaires, les matériaux de construction, les matières premières chimiques et les aliments pour animaux contiennent souvent encore trop d’humidité après leur production. Les séchoirs classiques éliminent cette humidité au moyen d’air chaud. Mais avec la vapeur d’eau, une grande partie de la chaleur fournie est également évacuée.
Fraunhofer IGB entend fermer cette boucle énergétique. Dans le cadre du projet allemand LowCarbDry, les chercheurs remplacent l’air chaud par de la vapeur surchauffée et sèche. Evonik Operations et Pergande Group participent au développement.
De la vapeur plutôt que de l’air
La vapeur transfère sa chaleur au produit, ce qui provoque l’évaporation de l’humidité. Contrairement au séchage à l’air chaud, le flux gazeux du procédé reste autant que possible à l’intérieur de l’installation. La vapeur excédentaire se condense à une température d’environ 90 à 100 °C. La chaleur ainsi libérée peut être réutilisée.
Une pompe à chaleur augmente à nouveau la température de la vapeur en sortie. La recompression mécanique de la vapeur — ou MVR, pour mechanical vapor recompression — peut encore améliorer le rendement. Des compresseurs augmentent la pression et, par conséquent, la température de condensation. La vapeur comprimée fournit ensuite à nouveau de la chaleur au procédé de séchage.
Jusqu’à 80 % d’énergie en moins
Selon Fraunhofer, la consommation d’énergie peut être réduite d’un facteur deux à quatre, en fonction du produit, de la méthode de séchage et de la température. La combinaison du séchage à la vapeur, des pompes à chaleur et d’une conduite flexible du procédé pourrait même réduire la consommation de 80 %.
Cette flexibilité repose sur le model predictive control (MPC). Le système anticipe l’évolution des conditions du procédé et des prix de l’électricité, puis adapte le fonctionnement de l’installation en conséquence.
Plus qu’un gain énergétique
La vapeur offre également d’autres avantages. Une atmosphère pauvre en oxygène limite l’oxydation, ce qui peut s’avérer intéressant pour les denrées alimentaires et autres produits sensibles. Un transfert plus efficace de la chaleur et de la matière peut en outre raccourcir le temps de séchage et limiter la dégradation thermique.
La vitesse élevée du séchage peut toutefois modifier la structure de certains produits. Pour ces applications, Fraunhofer étudie un préchauffage volumétrique par micro-ondes.
La technologie a déjà été testée sur différentes matières, notamment des matières premières minérales, des matériaux de construction, des flux de résidus organiques, des denrées alimentaires et des aliments pour animaux. Les applications potentielles comprennent le séchage de la chaux, de la paille, du couscous et des larves d’insectes.
Récupérer les arômes
Une boucle de vapeur partiellement fermée permet également de récupérer des composés volatils. Les arômes qui s’échappent généralement par l’air évacué lors d’un séchage classique peuvent être captés avec la vapeur. Après condensation, ils peuvent être séparés du condensat et réutilisés.
Du laboratoire à l’installation pilote
Fraunhofer dispose d’installations de laboratoire et pilotes dédiées au séchage à la vapeur surchauffée. Dans le cadre de LowCarbDry, des installations pilotes de séchage par atomisation à la vapeur surchauffée sont également désormais opérationnelles.
Le gain énergétique final ne dépend pas uniquement de la technologie de séchage. Les échangeurs de chaleur, les compresseurs, les pompes, la technique de commande, le transport des produits et l’intégration de l’installation dans le reste de l’usine jouent également un rôle.
Le concept doit pouvoir être déployé sur différents types de séchoirs, notamment les séchoirs à bande, rotatifs et par atomisation.
