Material/energy conversion processes and methodology for their optimal integration in a territory
Procédés de conversion matière/énergie et méthodologie de leur intégration optimale dans un territoire
Résumé
The prime objective of this doctoral work is to assist geographically neighboring industries to evolve towards becoming an eco-industrial park (EIP). Indeed, circular economy, which is regenerative by design as opposed to the prevailing extractive linear model, is gaining momentum as an answer for migrating towards a sustainable paradigm. Many literature studies were conducted to assess the feasibility of heating networks based on industrial heat recovery and similarly for material reuse and recycling aiming to propose technical options for better energy efficiency and resource use whether on the process scale or on a larger inter-sites level. However reacting conversion systems create new valorization opportunities for the energy or material streams, adjudicated as non-usable by conventional process integration techniques, through converting them into new recoverable products and thus reintroducing them back into the production cycle. In this perspective, two novel conceptual frameworks, for incorporating reacting thermodynamic conversion systems to the material and energy integration problems in both cooperative and non-cooperative schemes, were proposed in this doctoral dissertation. The application of the proposed methodological frameworks on a realistic industrial park demonstrated how to implement conversion processes in a territory that reinsert streams judged to be non-recoverable by conventional on-site and inter-site energy and material integration techniques ensuing substantial operating costs savings and enhancing the park's circular economy. The non-usable stream in the investigated park is woody biomass for which three conversion routes were challenged being the wood to hydrogen, methane production and cogeneration.
L'objectif principal de ce travail de thèse est d'aider les industries géographiquement voisines à évoluer vers un éco-parc industriel. En effet, l'économie circulaire, qui est régénératrice par conception par opposition au modèle linéaire extractif dominant, prend de l'ampleur comme un des moyens pour la migration vers un paradigme de développement durable. De nombreux travaux ont été menés pour évaluer la faisabilité des réseaux de chauffage basés sur la récupération de chaleur industrielle et de manière similaire pour la réutilisation et le recyclage de la matière afin de proposer des options techniques pour une meilleure efficacité énergétique et de gestion de ressources que ce soit à l'échelle de procédé ou au niveau territorial. Cependant, les procédés de conversion créent de nouvelles opportunités de valorisation pour les flux d'énergie ou de matière, jugés non-utilisables, tel qu’ils existent, par les techniques actuelles d'intégration de procédé. En effet, en les transformant en nouveaux produits récupérables ils peuvent être réintroduits dans le cycle de production. Dans cette perspective, deux nouveaux cadres méthodologiques, pour intégrer les procédés de conversion aux problèmes d'intégration matière et énergie dans des territoires à gouvernance coopératives et non coopératives, ont été proposés dans cette thèse. L'application des méthodologies proposées conduit sur un parc industriel réaliste à démontrer des économies substantielles de coûts d'exploitation tout en améliorant l'économie circulaire du parc. Le flux non-utilisable du parc étudié est le bois déchet pour lequel trois voies de conversion ont été mis en compétition: la conversion du bois en hydrogène, en méthane et la cogénération.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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