Utilisation du charbon : électricité, sidérurgie, carbochimie
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Chauffage domestique, alimentation de chaudières industrielles, production de fonte ou d'essences synthétiques : les utilisations du charbon sont multiples. Selon sa qualité, le charbon peut en effet être brûlé, transformé en ou gazéifié.
© THINKSTOCK - Le charbon est aujourd'hui principalement utilisé dans des centrales industrielles de génération électrique.
Les centrales thermiques à charbon
Le charbon est toujours employé de nos jours comme
. Son usage pour le chauffage domestique recule cependant et c'est l'alimentation de chaudières industrielles qui domine. La production d'
est ainsi devenue aujourd'hui l'utilisation principale du charbon, au travers des centrales thermiques à flamme.
Le principe est simple : le charbon est brûlé dans une chaudière. La
dégagée transforme de l'eau en vapeur. Celle-ci entraîne une turbine couplée à un alternateur qui génère l'électricité. En traversant le condenseur qui la refroidit, la vapeur se retransforme en eau, puis repart pour un nouveau cycle vers la chaudière.
La sidérurgie et l'industrie
En sidérurgie, on emploie du charbon concentré en carbone quasi pur, le coke. Il est utilisé dans les hauts-fourneaux, des fours industriels où, mélangé à du minerai de fer, il donne de la fonte (alliage de fer et de carbone, précurseur de l'acier) par réduction des oxydes de fer.
La fabrication du coke, ou , consiste à porter un mélange de charbons de bonne qualité, la pâte à coke, à une température de 1 000 °C. Ce processus nécessite des batteries de plusieurs dizaines de fours de 8 mètres de haut.
Cette libère notamment des gaz que l'on traite par refroidissement et avec des solvants. Pour 1 million de tonnes de charbon, on récupère ainsi :
- 50 000 tonnes de goudrons ;
- 15 000 tonnes de ;
- 500 millions de mètres cubes de méthane, qu'on envoie dans le réseau de gaz après l'avoir débarrassé de ses impuretés.
Il existe aussi des unités de pyrolyse plus petites, adaptées à divers types de charbons. Elles produisent des cokes spéciaux, comme les cokes de , qui peuvent remplacer le (voir encadré).
À environ 700 °C, la pyrolyse permet de conserver des molécules aromatiques lourdes, les goudrons phénolés. Après traitement, ils serviront à fabriquer des insecticides, des fongicides, des anti-oxydants et des résines formophénoliques utilisées pour accélérer le séchage de vernis ou d'encres.
La carbochimie : production d'hydrocarbures
La gazéification du charbon est de plus en plus utilisée dans des processus industriels, par exemple dans des centrales électriques à cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI).
Le charbon peut en effet être gazéifié en présence d'oxygène et de vapeur d'eau pour donner du gaz de synthèse, mélange de et d' .
Ce gaz est un produit intermédiaire. Il peut ensuite conduire, selon la méthode de conversion, à différents produits ( , , hydrogène pur, diméthyléther) et surtout à des carburants synthétiques.
Dans ce cas, le produit obtenu est une cire contenant une multitude d'hydrocarbures dont le nombre d'atomes de carbone est très variable. Elle doit subir des transformations pour fournir majoritairement un de très bonne qualité et, en quantités moindres, des GPL et de l'essence.
Le charbon de bois du barbecue
Le charbon de bois dont on se sert pour le barbecue n’est pas un charbon naturel. Il est obtenu par pyrolyse du bois. Cette opération nécessite une température de 400 °C. On la réalisait autrefois dans les forêts, avec de grands tas de bois à l’intérieur desquels on mettait le feu, le bois étant protégé de l'action de l'air pour éviter qu'il ne brûle. Aujourd'hui, on utilise plutôt de petites unités de production industrielle automatisées moins polluantes, où la pyrolyse s'effectue par contact de gaz chauds. Le charbon de bois ne sert pas uniquement à allumer un barbecue ! On l'utilise également dans des filtres, par exemple pour l'épuration des eaux.
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