L’Allemagne a placé la barre très haut pour la transition énergétique : la part des énergies renouvelables doit ainsi atteindre 80 % de la consommation d’électricité d'ici 2050. Avec le développement de l'éolien, du photovoltaïque et d’autres sources d'énergie renouvelables ainsi qu'avec l'électrification croissante de la société, le monde économique, politique et scientifique doit faire face à un grand défi : l'énergie produite de manière décentralisée doit être stockée de manière efficace et surtout durable en cas de surproduction afin de pouvoir être injectée dans le réseau lors des pics de consommation. Il existe un concept très prometteur dans le secteur de l'énergie qui s'appelle le « Power to Gas ». Il s’agit de produire du méthane à partir d’énergie éolienne ou solaire par électrolyse et méthanation. L’énergie est ainsi stockée sous forme de gaz et peut être récupérée si besoin est. Dans le secteur automobile, la méthanation pourrait aider à une plus large diffusion des véhicules fonctionnant au gaz. Le méthane requis pourrait en effet être produit de façon écologique. Des chercheurs du monde entier travaillent d’arrache-pied pour rendre cette technologie plus simple et économiquement envisageable, en particulier l’institut Max-Planck pour la dynamique des systèmes techniques complexes de Magdebourg qui travaille dans ce domaine de recherche depuis déjà sept ans. Pour ses travaux, l’institut utilise dans son installation pilote une installation de thermorégulation de LAUDA qui doit répondre aux besoins très spécifiques des chercheurs.

Refroidissement rapide et très précis exigé

Le département Systèmes de chauffage et de refroidissement LAUDA, la branche industrielle du fabricant d’appareils de thermorégulation LAUDA, conçoit et fabrique des installations de thermorégulation sur mesure parfaitement adaptées au souhait du client. Il a ainsi conçu une installation de thermorégulation de type ITH 350 pour l’institut Max-Planck. Cette installation sert à thermoréguler un réacteur. Pour cela, l’installation LAUDA doit pouvoir assurer un refroidissement de 100 Kelvin par minute, sans dépassement vers le bas à la fin. Elle doit donc refroidir très rapidement, mais ne pas aller en-deçà d’un point de température déterminé pour ne pas compromettre le processus effectif. Cela constituait un défi, même pour les ingénieurs de LAUDA, car les installations de thermorégulation sont généralement utilisées avant tout pour assurer des températures constantes. Pour le projet de recherche de l’institut Max-Planck, l’installation devait au contraire refroidir de façon très réactive.

Refroidissement de 340 °C à 150 °C en quelques minutes – avec précision

La réaction de méthanation produit beaucoup de chaleur et de fortes températures qui peuvent endommager le réacteur et surtout le catalyseur. Jusqu’à présent, de tels processus étaient généralement lancés lentement, puis fonctionnaient de manière constante pendant des semaines. « Nous essayons tout d’abord de voir avec quel dynamisme ce processus peut fonctionner et en déduisons de premières approches pour de nouvelles stratégies de fonctionnement ou conceptions de réacteur. De premiers résultats très prometteurs basés sur des calculs informatiques ont déjà été obtenus. Nous voulons maintenant vérifier ces résultats avec l’installation pilote », déclare Jens Bremer, le chef de projet, pour présenter l’objectif des chercheurs. Les attentes envers la thermorégulation sont donc très élevées. L’installation de thermorégulation LAUDA fournit la précision requise. « La performance et la dynamique du réacteur dépendent beaucoup de son refroidissement. Une thermorégulation réglable rapidement permet de pouvoir réagir en souplesse aux influences extérieures, par exemple une baisse de l'alimentation en hydrogène, sans avoir à arrêter le réacteur », précise Jens Bremer.

Pendant le processus, le réacteur est chauffé électriquement à 340 °C. À partir d’une température définie, une réaction exothermique se produit qui doit impérativement être refroidie brusquement à 150 °C. Une vanne électronique, utilisée normalement comme organe régulateur, serait beaucoup trop lente dans ce cas précis. En fonction de la grandeur réglante, la capacité de refroidissement peut être modifiée à l’aide de la vanne. En cas de refroidissement avec de l’eau, la capacité de refroidissement est normalement limitée afin de préserver les matériaux des écarts importants de température. Dans ce cas précis, la tâche exigeait cependant une ouverture rapide afin d’atteindre la vitesse de refroidissement requise sans soumettre le matériel à une trop forte sollicitation. Les ingénieurs LAUDA ont donc mis en place un distributeur pneumatique 3 voies qui s’ouvre en seulement deux secondes afin de garantir un refroidissement du fluide caloporteur de plus de 150 °C par minute.

L’installation de thermorégulation comprend deux circuits de thermorégulation. Alors que le premier circuit thermorégule un récipient tampon, le second circuit thermorégule le montage d’essai de l’institut Max-Planck. Les deux circuits sont reliés l’un à l’autre par le réservoir de fluide car ils utilisent le même fluide. Le client exigeait également que le fluide caloporteur choisi puisse être utilisé jusqu’à 350 °C. LAUDA a donc opté pour une huile thermique qui satisfait aux exigences élevées du matériel.

Exigences spécifiques du client satisfaites

LAUDA a conçu et fabriqué cette installation de thermorégulation spéciale selon les souhaits de l’institut Max-Planck. Le faible espace disponible a été pris en compte dès la phase de développement sur ordinateur. L’installation devait en effet loger dans un dôme de sécurité spécial, ce qui nécessita d’installer les armoires de commande sur le côté. Les raccords se trouvent, comme le souhaitait le client, en partie sous l’appareil. L’installation fut livrée par LAUDA à Magdebourg en deux parties, puis placée dans le coffrage en verre de sécurité à l’aide d’une grue.

Cette installation de thermorégulation pour la recherche dans le domaine de la méthanation est déjà la deuxième installation que LAUDA fournit à l’institut Max-Planck. On est là-bas plus que satisfait des prestations du fabricant d’installations de thermorégulation : « Du premier développement du concept jusqu’à la mise en place finale sur site, nous avons été très bien conseillés et accompagnés. Aucun autre fabricant contacté n’a pu apporter cette flexibilité pour notre tâche spécifique », explique le chef de projet Jens Bremer.

LAUDA et GFL présentent ensemble pour la première fois au Forum LABO.

Il y a quelques jours, le Forum LABO a marqué la fin d'une participation réussie au salon pour LAUDA, le leader mondial de la fabrication d'appareils et de systèmes de régulation de température. Depuis plus de 60 ans, le nom LAUDA est synonyme de contrôle de température professionnel et fiable en laboratoire. La France est l'un des marchés les plus importants pour LAUDA. L'entreprise familiale y a fondé sa première filiale en 2005 et opère dans le pays voisin avec un succès sans cesse croissant depuis lors.

Lors du Forum LABO, LAUDA a présenté sa large gamme d'unités de contrôle de température pour laboratoires, recherche & développement et production dans un nouveau design. Avec le LAUDA PRO, l'utilisateur dispose d'une gamme d'appareils évolutifs avec un concept global remarquable qui est utilisé dans un grand nombre d'industries. Les thermostats de circulation pour applications professionnelles dans les bancs d'essai, les réacteurs, les chambres climatiques ou les installations de distillation des industries chimiques, pharmaceutiques, biotechnologiques, pétrolières, automobiles ou électriques permettent de réguler la température de -90 à 250 °C et convainquent par des variations de température dynamiques et un design compact.

Avec la nouvelle gamme Integral, LAUDA présente pour la première fois à Paris un tout nouveau développement de thermostats de process puissants avec un concept de commande intuitif qui permet, entre autres, une commande via des terminaux mobiles. Avec son extérieur entièrement redessiné, le thermostat a également attiré l'attention des visiteurs du salon.

Outre les thermorégulateurs LAUDA, une sélection d'appareils de laboratoire de GFL attendait également les visiteurs professionnels. Au début de l'année, LAUDA a racheté à Burgwedel le fabricant allemand haut de gamme pour la technique de laboratoire. Pour la première fois, les deux sociétés ont présenté leur portefeuille commun sous un même toit, comprenant des appareils de distillation, des agitateurs et des bains-marie. Gunther Wobser, Président et CEO de LAUDA, qui a visité le Forum LABO et le stand de LAUDA, s'est réjoui de la réaction positive au salon. »Le marché français est un pilier important pour LAUDA. Je me réjouis donc que Forum LABO se soit stabilisé comme plateforme d'échange avec nos clients et distributeurs français.«

Le décret sur les gaz à effet de serre fluorés oblige les exploitants d'installations à revoir leur copie. La branche industrielle de LAUDA propose des systèmes d'avenir.

Le décret européen actuel sur les gaz à effet de serre fluorés est entré en vigueur en 2015. Il prévoit une restriction progressive jusqu'en 2030 des quantités d'hydrocarbures partiellement fluorés disponibles sur le marché. Pour les exploitants et fabricants de systèmes de réfrigération, les conséquences de cette législation sont désormais nettement perceptibles. Non seulement les fluides frigorigènes conventionnels sont beaucoup plus rares, mais la demande en systèmes d’avenir pouvant fonctionner avec des fluides frigorigènes naturels a nettement augmenté. Le département Systèmes de chauffage et de refroidissement LAUDA, la branche industrielle du leader mondial des appareils et systèmes de thermorégulation, s'intéresse activement à ce sujet depuis plus de cinq ans. Il a ainsi récemment fabriqué pour une entreprise biopharmaceutique allemande un système de refroidissement industriel de process avec une réfrigération en cascade à deux étages et des fluides frigorigènes naturels pour des températures jusqu'à -60 °C.

Systèmes de chauffage et de refroidissement LAUDA pour process de congélation

Le client, l'une des plus grandes entreprises de recherche pharmaceutique en Allemagne, avec des activités à l'international, a commandé un système de refroidissement industriel de process auprès du département Systèmes de chauffage et de refroidissement LAUDA. Le système doit être mis en œuvre pour des process « Freeze & Thaw », dans lesquels des principes actifs sont congelés dans de grandes cuves pouvant atteindre 200 litres, puis expédiés pour traitement ultérieur. Le système de refroidissement industriel de process doit donc être en mesure d’abaisser la température à -60 °C de manière très précise.

Durant la phase d’étude d’avant-projet, toutes les spécifications du système de refroidissement industriel de process ont été établies en étroite collaboration avec le client avant de concevoir les différents composants. Ces spécifications devaient également tenir compte des caractéristiques d’usine du client, notamment l’usage d’instruments de fabricants spécifiques. Le système de refroidissement industriel de process est conçu pour deux cuves, chaque cuve délivrant une capacité frigorifique de 2,2 kW. Le système dispose en outre d’une régulation du débit volumique afin que tout le process soit reproductible pour le client et qu’il soit garanti quel que soit le lieu. Pour arriver à la température de travail requise de -60 °C, les ingénieurs de LAUDA ont mis en œuvre un système en cascade à deux étages. Deux installations de compression reliées entre elles et adaptées l’une à l’autre assurent la température requise, l’évaporateur du premier circuit refroidissant le condenseur du second circuit. Cette association intelligente de plusieurs circuits de refroidissement permet d’atteindre de très basses températures, jusqu’à -90 °C.

Fluides frigorigènes inflammables nécessitant des capteurs spéciaux

Pour garantir son fonctionnement dans le futur également, le système conçu pour l’entreprise pharmaceutique fonctionne avec des fluides frigorigènes naturels. Pour cela, LAUDA utilise des fluides frigorigènes inflammables comme l’éthane et le propylène. La mise en œuvre de ces gaz implique à leur tour des exigences spéciales pour le système. À partir de 150 g de gaz inflammable, il est obligatoire d’installer des détecteurs de gaz spéciaux pour surveiller l’étanchéité des circuits de réfrigération et couper le système de refroidissement industriel de process en cas de danger. De plus, l’ensemble du système de réfrigération est équipé d’un boîtier ventilé afin d’avoir un échange d’air aussi faible que possible. En cas de fuite, un ventilateur permet d’avoir une dépression suffisante et assure une purge en toute sécurité vers l’extérieur. Le département Systèmes de chauffage et de refroidissement LAUDA met uniquement en œuvre des composants et une technique de sécurité homologués pour le fluide frigorigène utilisé en respectant scrupuleusement la norme DIN EN 378.

Chaque étape du projet a été validée avec les donneurs d’ordre. Par ailleurs, l’emploi de fluides frigorigènes naturels ne présente aucun inconvénient pour le client en termes de manipulation du système. Les fluides frigorigènes de la famille des hydrocarbures sont peu onéreux et souvent plus efficaces d’un point de vue énergétique que les gaz à effet de serre fluorés conventionnels ou les produits de substitution synthétiques. Pour les ingénieurs et les constructeurs de la division Systèmes de chauffage et de refroidissement LAUDA, les systèmes de refroidissement industriel de process de ce type représentent une étape importante vers l’avenir. En effet, la demande en solutions industrielles fonctionnant avec des fluides frigorigènes naturels va continuer à augmenter en raison de la pénurie croissante en fluides frigorigènes traditionnels.