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L'hydrogène est à la tête de tout: comment l'énergie est générée à partir de débris plastiques pour un hôtel japonais



Les déchets plastiques sont transformés du cauchemar de tout citoyen soucieux de l'environnement qui se respecte en l'une des ressources pour la transition vers une économie de l'hydrogène. Récemment, un hôtel a été ouvert dans la ville industrielle japonaise de Kawasaki, dont l'énergie provient de bouteilles, de sacs et même de brosses à dents recyclés utilisés par les clients. Nous expliquons comment les «Chelyabinsk japonais» sont arrivés à cette pratique et quel rôle Toshiba y a joué.

Différents types de plastiques ont été inventés au 19e siècle. En 1862, le British Alexander Parks a essayé de créer un substitut bon marché à l'ivoire - le matériau principal des boules de billard. Après avoir mélangé de la nitrocellulose, du camphre et de l'alcool, il a chauffé la substance résultante, puis a refroidi. Ainsi Parkesin est apparu - le premier plastique semi-synthétique. Au cours des années suivantes, d'autres types de plastiques ont été inventés, mais l'ère de leur succès commercial a commencé beaucoup plus tard - au milieu du 20e siècle.

En 1967, le film "Graduate" est sorti sur les écrans aux États-Unis. Dans une scène, l'homme d'affaires McGuire appelle à une conversation confidentielle entre un diplômé de l'université Ben (joué par le jeune Dustin Hoffman) et dit: «Je veux vous dire un mot. Seulement un. Plastique. Le plastique a un grand avenir. Pensez-y". Le dialogue est ensuite entré dans le top 100 des citations de cinéma selon l'American Film Institute. Source: wsinful / YouTube

En effet, l'ère du plastique est arrivée dans la seconde moitié du XXe siècle - en même temps que la croissance rapide de la consommation de masse. Selon le magazine The Economist, 6,3 milliards de tonnes de plastique ont été produites sur la planète depuis les années 1950, dont seulement 9% ont été recyclées et 12% recyclées. Où est le reste?

Et le reste est soit enterré dans le sol, soit dérive dans les océans. Et il n'y a pas encore d'amélioration: dans les années 2010, 300 à 400 millions de tonnes de plastique ont été produites chaque année. Les experts du Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE) ont noté en 2014: «Malheureusement, l'économie de marché n'a pas pris en compte les facteurs environnementaux externes, y compris l'impact social, environnemental et économique du plastique marin. L '«économie plastique» actuelle est caractérisée comme un modèle linéaire de production et de consommation, dans lequel une quantité imprévisible de déchets est générée, ce qui conduit à son inefficacité totale. »


Les principales sources et voies de pollution plastique des océans. Il est à noter que 40% des déchets plastiques sont des emballages. Source: «Débris plastiques et microplastiques dans les océans. Alerte et recherche mondiales, appel à l'action et guide de changement de politique. » PNUE, 2016, Nairobi / PNUE (2016).

Les plus grandes accumulations de plastique se trouvent dans les eaux côtières, en particulier dans les régions à forte densité de population, ainsi que dans les zones de pêche intensive et de tourisme côtier développé. L'un d'eux est le Japon, et dans ce pays, la lutte contre les déchets plastiques se poursuit depuis longtemps et non sans résultat. Selon l'ONU, dans le pays du soleil levant, le taux d'utilisation total du plastique est de 82%. Mais les Japonais n'y sont pas parvenus tout de suite.

Chelyabinsk japonais: comment Kawasaki est devenu une éco-ville


Après la Seconde Guerre mondiale, de grandes zones industrielles se sont formées au Japon, ce qui a assuré une croissance économique rapide. Le revers de la médaille était les problèmes environnementaux croissants qui non seulement nuisaient à la nature, mais aussi coûtaient la vie. Par exemple, en 1950-1960. Des éclosions de la maladie de Minamata (paralysie mortelle) causées par le rejet de mercure inorganique dans les rivières par les usines ont été enregistrées à plusieurs reprises.

Le centre de développement de l'industrie japonaise (et des problèmes environnementaux associés) était la zone industrielle côtière de Kawasaki - environ 50 entreprises sur une superficie de 100 hectares. Dans les années 1970-1980. un puissant mouvement environnemental est né ici, ce qui a obligé les autorités locales à agir. En 1970, la ville a signé des accords de prévention de la pollution de l'air avec 39 usines. En 1972, un centre de surveillance des émissions nocives a été créé. En 1978, un contrôle automatisé de la production d'oxyde d'azote a été introduit dans 32 des plus grandes usines.

Dans le même temps, un système de gestion des déchets a été développé, impliquant le traitement de la plupart des déchets.


Il a fallu plus de 50 ans pour créer et déboguer un système de gestion des déchets dans la ville de Kawasaki. Source: Institut de recherche environnementale de Kawasaki

En 1997, la ville de Kawasaki a été choisie par le gouvernement japonais comme "terrain d'entraînement" pour la mise en œuvre du projet "Ecocities". Le programme de l'État prévoyait des subventions de 600 millions de dollars pour 24 éco-villes, ainsi que des investissements directs dans 60 projets dans ces villes pour 1,6 milliard de dollars.

De plus, Kawasaki a immédiatement reçu une «spécialisation» dans la réutilisation des déchets. En 2004, un parc industriel (Kawasaki Zero-Emission Industrial Park) a été construit ici, avec 15 entreprises incluses dans le traitement des déchets. Les entreprises de la zone industrielle locale fusionnent progressivement en un seul réseau de consommation et de distribution de matières recyclables. Sa part sera le réseau de distribution d'hydrogène urbain. Comment fonctionne-t-elle?

Feu, eau et pipe: comment le plastique se transforme en énergie


En 2015, Kawasaki a développé la stratégie de Kawasaki sur l'hydrogène vers la réalisation d'une société de l'hydrogène. Dans ce cadre, il est prévu d'organiser des chaînes d'approvisionnement en hydrogène (y compris depuis l'étranger) à Kawasaki, où ce gaz sera transformé en énergie à l'aide des systèmes Toshiba.

En 2017, la centrale autonome Toshiba H2One a déjà commencé à fournir de l'électricité et du chauffage à la gare de Musashi-Mizonokuchi à Kawasaki, dont nous avons parlé précédemment sur Habré . La station génère de l'hydrogène à partir de l'eau par électrolyse et la batterie solaire intégrée fournit de l'énergie pour ce processus. Ensuite, l'hydrogène est converti en énergie pour la station.

Mais l'hydrogène peut être obtenu non seulement à partir de l'eau, mais aussi à partir de plastique recyclé. En 2018, Toshiba a équipé l'hôtel KAWASAKI KING SKYFRONT Tokyu REI de l' installation de H2Rex. Contrairement à H2One, il ne produit pas d'hydrogène, mais le reçoit d'une source externe, puis convertit le gaz en électricité et en chaleur pour l'hôtel.

Comment le plastique se transforme-t-il en hydrogène? Cela se passe dans l'usine de notre partenaire en stratégie hydrogène - Showa Denko KK. Les déchets plastiques proviennent ici du système de collecte des ordures de la ville, y compris de la zone côtière de Kawasaki, par le biais d'un appel d'offres ouvert. Ici, le plastique utilisé est décomposé par gazéification thermique. Dans ce cas, la partie organique des déchets est convertie en hydrogène et du monoxyde de carbone est également libéré. Le monoxyde de carbone issu de ce processus est utilisé pour produire des produits à base de carbone, tels que de la neige carbonique. L'hydrogène est utilisé pour produire de l'ammoniac, va aux stations-service d'hydrogène et sert également à produire de l'électricité dans un hôtel.


À partir de 195 tonnes de déchets plastiques, 175 tonnes d'ammoniac peuvent être produites. Source: Showa Denko

Depuis l'usine de Showa Denko, l'hydrogène s'écoule dans un pipeline qui mène à un hôtel situé à 5 km de l'usine. Le pipeline fournit un approvisionnement en gaz stable et n'émet pas de CO2 pendant le transport, comme, par exemple, les voitures à moteur à combustion interne. En utilisant un réseau de tels pipelines, il est possible de réduire les émissions totales de dioxyde de carbone d'environ 80% dans toute la chaîne par rapport à la méthode existante.

Le gaz s'écoule du pipeline vers H2Rex, le générateur d'hydrogène de Toshiba. Ses piles à combustible génèrent de l'électricité par des réactions électrochimiques entre l'hydrogène produit et l'oxygène de l'atmosphère. Le résultat est l'électricité et la chaleur.


H2Rex est inoffensif pour la nature. Le seul sous-produit de la production est l'eau, qui est utilisée dans le fonctionnement du générateur. Soit dit en passant, les déchets plastiques de l'hôtel (brosses à dents, emballages, vaisselle jetable) sont livrés directement à l'usine Showa Denko. Source: Toshiba Energy

Dans le même temps, le taux d'utilisation de l'hydrogène atteint 96%. De plus, la chaleur générée par les piles à combustible peut être utilisée pour chauffer de l'eau ou de la chaleur.

H2Rex, contrairement aux centrales électriques conventionnelles (par exemple, les turbogénérateurs qui transforment la chaleur en vapeur, qui entraîne une turbine), ne convertit pas l'énergie thermique en énergie cinétique, mais la génère en utilisant une réaction électrochimique d'hydrogène et d'oxygène atmosphérique. Source: Toshiba Energy

De plus, la structure de la pile à combustible Toshiba élimine le besoin d'un humidificateur externe - l'eau générée par le générateur est utilisée pour cela.

Une autre caractéristique est la basse température de démarrage (60-70 degrés) des piles à combustible en polymère solide qui sont utilisées dans H2Rex. De ce fait, ils n'ont pas besoin d'être beaucoup chauffés pour générer de l'énergie, ce qui signifie que l'installation peut être démarrée et arrêtée rapidement pendant la journée. De plus, ces éléments sont faciles à ajuster à une charge donnée, ce qui les rend pratiques à utiliser dans les industries à consommation d'énergie instable (par exemple, dans le secteur des services, où il y a des pics de jour et des "calmes" nocturnes).

Combien d'énergie donne H2Rex? En un an, une installation peut fournir de l'électricité à 100 ménages (700,8 milliers de kWh) ou chauffer de l'eau pour 12,1 milliers de baignoires (24,2 millions de litres d'eau chaude).

Plus loin partout: où d'autre l'énergie hydrogène sera-t-elle produite et utilisée?


D'ici 2050, 20% de l'électricité au Japon sera produite à partir d'hydrogène. En outre, le pays du soleil levant aura besoin d'environ 80 pétroliers - ils transporteront l'hydrogène sous forme liquide. Les entreprises japonaises ont déjà commencé à construire un réseau mondial pour la production et la fourniture d'hydrogène comme source d'énergie. En 2019, une entreprise japonaise a établi un terminal d'hydrogène à Hastings (Victoria, Australie). En plus de répondre aux besoins locaux en carburant, l'hydrogène sera converti en liquide, versé dans des camions-citernes et envoyé dans divers pays, dont le Japon.

Je me demande ce qui arrivera aux prix du pétrole en 2050?

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