Analyse de l’Inventaire des émission et extractions

c) Étape 1 : Inventaire de production par processus élémentaire

Les flux de référence ainsi que les flux intermédiaires correspondant aux processus élémentaires sont illustrés dans l’arbre de processus de la figure 19. Ils correspondent aux flux de matières et d’énergie consommées pour produire 1 t de brames d'acier massives. Les données des intrants ont été recueillies sur site (option 2a : primaires) et reflètent la production de l'aciérie lorsque le niveau de production atteignait la capacité maximale de 12 millions d'acier par an.

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Figure 19 : Arbre de processus de la fabrication de brames d'acier [42]

d) Étape 2 : Recherche des données d'émission et d'extraction

Les données sur les émissions et les extractions sont de natures secondaires, collectées à partir des bases de données commerciales et de l'agence de protection de l'environnement locale.

e) Étape 3 : Inventaire d’émission et d’extraction par processus élémentaire

L'inventaire des émissions et extractions se calcule en multipliant l'inventaire de production avec les facteurs d'émission (données sur les émissions). La figure 20 présente le résultat de l’inventaire des émissions et extractions du processus élémentaire cokerie. L’inventaire des émissions et des extractions des processus élémentaires inclus dans les frontières de système sont présentés dans l’annexe 1.

51 Calcul « à la main » du bilan énergétique

Afin de bien cerner la démarche du calcul de l’inventaire, nous allons effectuer un calcul « à la main » pour le bilan énergétique à partir de l’inventaire de production (données d’intrants). Il s’agit de calculer la quantité d’énergie primaire non renouvlable consommée par unité fonctionnelle à partir de chaque flux de référence de chaque processus élémentaire et des consommations nécessaires à leur mise à dispotion.

Pour le processus de la cokerie, 22.2 KWh d’électricité, 34.6 Kg de vapeur, 581.6 Kg de charbon, 29.6 Kg de gaz de coke, et 214.7Kg de gaz de Haut Fourneau (HF) sont requis pour produire 439.6 Kg de coke. Un Kwh d’électricité nécessite la consommation de 3,6 MJ primaire non renouvlable, un kg de vapeur consomme 3MJ primaire non renouvlable, le gaz de coke nécessite la consommation de 40,4 MJ primaire non renouvlable, et un kg de gaz de HF consomme 2,6 MJ primaire non renouvlable. La consommation d’énergie dans le cokerie est donc la somme de 22,2*3,6 + 34,6*3 + 581,6*40,4 + 214,7*2,6.

CH4 1,00E-03 kg Benzène 0,03 kg CO2 310,13 kg CO 0,02 kg Poussière 0,12 kg Charbon 581,63 kg NO2 0,63 kg

Acide sulphirique 0,74 kg SO2 0,82 kg

L’huile d'anthracène 0,17 kg HCN 0,00 kg

Hydroxide de sodium 0,18 kg Benzopyrène 3,7E-05 kg

L'eau 72,44 kg PAH 3,00E-03 kg

Vapeur 34,59 kg PCDD &PCDF 2,8E-08 kg

Gaz de coke 29,51 kg Autres émissions 0,09 kg

Gaz HF 214,71 kg Électricité 22,18 kWh N 0,05 kg NH 3 0,05 kg COD 0,16 kg Phénol 2,00E-03 kg Goudron 13,58 kg Sulphate d'ammonium 5,80 kg Gaz de coke 107,00 kg Coke 439,58 kg Émissions dans l'air

Cokerie

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La partie économie d’énergie correspond au substitution énregitique. Par exemple, le gaz de coke produit dans la cockerie, permet de substituer une certaine quantité d’énergie nécessaire pour la production dans l’usine d’agglomération, dans le HF et dans la cokerie. Comme déjà mentionné, l'usine produit du gaz lors de la production de coke et dans les fours de fonte et d'acier. Ce gaz est collecté, purifié et utilisé comme carburant. Spécifiquement, l'usine produit environ 7850 TJ d'énergie en gaz et consomme environ 3700 TJ de ce gaz directement pendant les processus de fabrication de l'acier. Le reste est vendu à une centrale qui utilise le gaz pour produire de l'électricité. Le bilan énergétique final pour la production d’une tonne d’acier solide est de 19,8 GJ. Ceci est subdivisé de la manière suivante : 3,7 GJ utilisés pendant le processus de fabrication du coke, 1,9 GJ utilisés pendant le processus de frittage, 13,4 GJ dans le fonctionnement du haut fourneau et 0,8 GJ dans le convertisseur en acier LD - Four à oxygène de base (tableau 7).

Tableau 7 : Calcul de bilan d'énergie primaire non renouvelable pour produire 1 tonne de brames d'acier

Intrants Extrants

Électricité 22,18 kwh/UF 3,60 MJ/kwh 79,83 MJ/UF Coke 439,58 kg/UF 29,22 MJ/kg 12845,38 MJ/UF Charbon 581,63 kg/UF 32,75 MJ/kg 19050,12 MJ/UF Gaz Coke 107,00 kg/UF 40,64 MJ/kg 4348,15 MJ/UF Gaz de HF 214,71 kg/UF 2,64 MJ/kg 565,82 MJ/UF Goudron 13,58 kg/UF 10,20 MJ/kg 138,48 MJ/UF Gaz de coke 29,51 kg/UF 40,64 MJ/kg 1199,33 MJ/UF

Vapeur 34,59 kg/UF 3,00 MJ/kg 103,77 MJ/UF

Totale 20998,8831 Mj/UF 17332,01 MJ/UF

Électricité 48,56 kwh/UF 3,60 MJ/kwh 174,80 MJ/UF Gaz de coke 2,35 kg/UF 40,64 MJ/kg 95,62 MJ/UF Coke 55,26 kg/UF 29,22 MJ/kg 1614,85 MJ/UF Vapeur 18,21 kg/UF 3,00 MJ/kg 54,62 MJ/UF

Total 1939,8888 MJ/UF

Électricité 49,85 kwh/UF 3,60 MJ/kwh 179,46 MJ/UF Fonte 991,09 kg/UF 1,49 MJ/kg 1471,76 MJ/UF Fossile PCI 158,91 kg/UF 31,48 MJ/kg 5003,00 MJ/UF Gaz de HF 1463,75 kg/UF 2,64 MJ/kg 3857,37 MJ/UF Coke 384,32 kg/UF 29,22 MJ/kg 11230,53 MJ/UF

Gaz de coke 21,36 kg/UF 40,64 MJ/kg 867,78 MJ/UF Gaz de HF 402,57 kg/UF 2,64 MJ/kg 1060,87 MJ/UF Vapeur 0,12 kg/UF 3024,22 MJ/kg 365,93 MJ/UF

Total 18707,5708 MJ/UF ####### MJ/UF

Électricité 80,57 kwh/UF 3,60 MJ/kwh 290,04 MJ/UF Gaz de FOB 163,49 kg/UF 5,93 MJ/kg 969,15 MJ/UF Fonte 991,09 kg/UF 1,49 MJ/kg 1471,76 MJ/UF Acier 1000,00 kg/UF 0,03 MJ/kg 29,70 MJ/UF Vapeur 7,28 kg/UF 3,00 MJ/kg 21,85 MJ/UF

Total 1783,6448 MJ/UF 998,8523 MJ/UF

Convertisseur LD 0,8 Cokerie 3,67 Usine d'agglomération 1,94 Haut Fourneau 13,4 Consommation d'énergie Énergie produite

GJ/t d'acier Flux de référence Énergie par unité de flux de référence

Énergie par UF Flux de référence

Énergie par unité de flux de référence

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f) Étape 4 : Modélisation du système et résultats de l’inventaire Modélisation des processus multifonctionnelle

Les sous-produits, issus du processus de production de l'acier, destinés à être des produits commercialisables autres que les brames l'acier sont le goudron, le sulfate d'ammonium, les gaz (gaz de coke, gaz HF et gaz FOB) et le laitier. Les résidus de production qui ne sont pas considérés comme des déchets ou des sous-produits (par exemple, des poussières de coke, des particules fines de matériau fritté, du tartre, l’électricité, etc.), sont supposés être recyclés dans le cycle de production. Dans ce cas, la quantité de matières recyclées est prise en compte au travers d’une réduction des matières premières utilisées et ainsi des émissions correspondantes.

Trois allocations sont prévues (figure 21) : les consommations et les impacts de la cokerie sont attribués entre le coke, le gaz de coke, le sulfate d’ammonium et le goudron, de même que les consommations et les impacts du haut fourneau qui seront attribués entre la fonte, le laitier, et le gaz de HF.

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Dans l’étude de cas, l’auteur a utilisé une allocation base sur la masse et la valeur économique. Dans le cadre de cet exemple l’allocation entre les produits et les coproduits serait basée uniquement sur la masse. La figure 22 présente le détail de calcul des consommations et charges de la cokerie allouées au produit coke.

Figure 22 : Principes et résultats de l'allocation massique pour le processus cokerie

CH4 7,77E-04 kg Benzène 0,02 kg CO2 240,88 kg CO 0,02 kg Poussière 0,09 kg Charbon 451,75 kg NO2 0,49 kg Acide sulphirique 0,57 kg SO2 0,64 kg L’huile d'anthracèn 0,13 kg HCN 7,77E-04 kg

Hydroxide 0,14 kg Benzopyrène 2,87E-05 kg

L'eau 56,27 kg PAH 2,33E-03 kg

Vapeur 26,87 kg PCDD &PCDF 2,17E-08 kg

Gaz de coke 22,92 kg Autres émissions 0,07 kg

Gaz HF 166,77 kg Électricité 17,22 KWh N 0,04 kg NH 3 0,04 kg COD 0,12 kg Phénol 1,55E-03 kg Coke 4,40E+02 t Le coefficient d'allocation en masse * _d'Intrants Qté * Émissions dans l'eau Cokerie Émissions dans l'air Le coefficient d'allocation en masse 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑜 𝑒 𝑎 𝑒 𝑒 𝑒 𝑚 𝑎 𝑒 𝑒 𝑢 𝑟 𝑛 𝑚 𝐴 𝑎 𝑒 𝑒 ( ) 𝑚 𝑎 𝑎 𝑒 𝑒 𝑎 𝑒 𝑒 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑜 𝑒 𝑎 𝑒 𝑒 𝑒 𝑚 𝑎 𝑒 𝑒 𝑢 𝑟 𝑛 𝑚 𝐴 𝑎 𝑒 𝑒 ( ) 𝑚 𝑎 𝑎 𝑒 𝑒 𝑎 𝑒 𝑒

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4.

Analyse des impacts environnementale et interprétation des