Sidérurgie et environnement Convertir la combustion du gaz naturel par celle de l'hydrogène décarboné

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L'industrie sidérurgique est l'un des secteurs les plus émetteurs de CO₂ (8 % des émissions mondiales) et les plus difficiles à décarboner. Les procédés thermiques en aval ont représenté 29 à 39 milliards de tonnes de CO₂ émises dans le monde en 2021 liées à la combustion de gaz naturel.

Le projet Hydreams vise à démontrer la faisabilité d'utiliser l'hydrogène comme combustible pour le réchauffage et le traitement thermique de nuances d'acier inoxydable, d'aciers à outils et d'aciers de construction dans deux types de fours différents (réchauffage et recuit) avec deux types de brûleurs différents (à impulsion et à flamme plate). Le projet a été approuvé en avril 2023 par le Fonds européen : Fonds de recherche du charbon et de l'acier (RFCS).

Il n'existe aucune étude portant sur un éventail aussi large de nuances d'acier et mesurant les impacts et les écarts des propriétés de l'acier (formation de calamine, effet de décarburation...) lors de la combustion d'hydrogène. Cette molécule génère certains changements physiques par rapport à la combustion de gaz naturel (vitesse et rayonnement de la flamme, composition des gaz de combustion ...).

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Projet Hydreams : vers l'usage industriel de l'hydrogène

Le remplacement du gaz naturel par de l'hydrogène décarboné dans les procédés thermiques n'est pas encore suffisamment mature pour être déployé à l'échelle industrielle et pourrait se heurter à plusieurs difficultés : augmentation des émissions de NOx, impacts négatifs sur la qualité des nuances d'acier et/ou sur le revêtement réfractaire du four. L'objectif du projet Hydreams est d'étudier ces freins potentiels à l'utilisation de l'hydrogène avec l'ensemble des partenaires impliqués (producteurs d'acier, de bruleurs, de réfractaires et d'électrolyseurs, bureau d'études et centres de recherches)

Le projet avance suivant différentes étapes (ou Work Packages) : essais en laboratoire dans un four pilote, simulation CFD et modélisation de fours, essais de démonstration avec des fours industriels.

Des essais en laboratoire ont été réalisés avec 13 échantillons de nuances d'acier différentes. Les caractérisations des échantillons après chauffage à l'air/gaz naturel, à l'air/hydrogène, à l'oxy/gaz naturel et à l'oxy/hydrogène ne montrent aucune différence structurelle ni aucun changement dans la composition pour les différentes couches d'oxydes.

Certaines nuances présentent une augmentation significative de l'épaisseur des couches d'oxydes, corrélée avec l'augmentation de masse spécifique, principalement lors du passage d'une atmosphère air-combustible à une atmosphère oxy-combustible.

À ce stade, aucun problème critique n'a été détecté pour les produits sidérurgiques. Les étapes suivantes, comprenant des essais de démonstration industrielle, permettront de mieux comprendre les impacts potentiels des substitutions de combustibles et d'oxydants.

Le projet Hydreams réalisera des essais industriels grâce à trois démonstrateurs sur différents procédés de chauffage et différents produits (blooms, barres forgées/laminées et couronnes de fils).

Un projet prioritaire pour l'UE

La mise en service de Demo 3 a eu lieu en mars 2025 et les premiers essais avec des blooms sont prévus cet été. Demo 1 et Demo 2 démarreront en 2026.

Le projet Hydreams s'inscrit dans les priorités de l'UE en matière d'atténuation du changement climatique et de décarbonation de l'industrie sidérurgique. Cette solution pourrait constituer une alternative au chauffage électrique, qui peut poser certains problèmes techniques pour des applications spécifiques (usure excessive des résistances électriques lorsque la température est trop élevée, absence de convection entraînant une mauvaise homogénéisation de la température à l'intérieur du four, écarts dans la formation des couches d'oxyde, etc.).

Ce projet fournira également des résultats liés à l'évaluation de la sécurité, à l'analyse du cycle de vie (ACV) et à l'analyse des coûts, qui seront utiles pour la poursuite du déploiement de cette solution sur les marchés. MSM

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