Les problèmes de consommation d'énergie et d'émissions de carbone liés à la production d'électrodes en graphite peuvent être optimisés de manière systématique grâce aux solutions multidimensionnelles suivantes :
I. Matières premières : Optimisation des formules et technologies de substitution
1. Substitution du coke d'aiguille et optimisation du ratio
Les électrodes en graphite à très haute puissance nécessitent du coke d'aiguille (haute cristallinité et faible coefficient de dilatation thermique), mais sa production est plus énergivore que celle du coke de pétrole. Ajuster le rapport entre le coke d'aiguille et le coke de pétrole (par exemple, 1,1 à 1,2 tonne de coke d'aiguille par tonne d'électrodes à très haute puissance) permet de réduire la consommation d'énergie liée aux matières premières tout en maintenant les performances. Ainsi, les électrodes à très haute puissance de grand diamètre (600 mm) développées à Chenzhou ont permis de réduire de plus de 70 % les émissions de CO₂ issues de la production d'acier au four à arc électrique en cycle court grâce à l'optimisation des proportions de matières premières.
2. Amélioration de l'efficacité du liant
Le brai de goudron de houille, utilisé comme liant et représentant 25 à 35 % des matières premières, ne laisse que 60 à 70 % de résidus après cuisson. L'utilisation de brai modifié ou l'ajout de nanoparticules permettent d'améliorer l'efficacité de la liaison, de réduire la quantité de liant et de diminuer les émissions de composés organiques volatils lors de la cuisson.
II. Côté procédés : Innovations en matière d'économie d'énergie et de réduction de la consommation
1. Optimisation de la consommation d'énergie de la graphitisation
- Four de graphitisation en série interne : comparé aux fours Acheson traditionnels, celui-ci réduit la consommation d'électricité de 20 à 30 % en chauffant les électrodes en série avec des matériaux résistifs, minimisant ainsi les pertes de chaleur.
- Technologie de graphitisation à basse température : Développement de nouveaux catalyseurs ou optimisation des procédés de traitement thermique pour abaisser les températures de graphitisation de 2 800 °C à moins de 2 600 °C, réduisant la consommation d'énergie par tonne de 500 à 800 kWh.
- Systèmes de récupération de chaleur résiduelle : L'utilisation de la chaleur résiduelle des fours de graphitisation pour le préchauffage des matières premières ou la production d'électricité améliore l'efficacité thermique de 10 à 15 %.
2. Substitution du combustible de cuisson
Le remplacement du fioul lourd ou du gaz de charbon par du gaz naturel augmente l'efficacité de la combustion de 20 % et réduit les émissions de CO₂ de 15 à 20 %. Les fours de cuisson à haut rendement dotés d'une technologie de chauffage par couches raccourcissent les cycles de cuisson, réduisant ainsi la consommation de combustible de 10 à 15 %.
3. Recyclage de l'imprégnation et du matériau de remplissage
L'utilisation d'agents d'imprégnation à base de brai modifié (0,5 à 0,8 tonne par tonne d'électrodes) permet de réduire le nombre de cycles d'imprégnation grâce à la technologie d'imprégnation sous vide. Les taux de recyclage du coke métallurgique ou du sable de quartz comme charges atteignent 90 %, ce qui diminue la consommation de matériaux auxiliaires.
III. Côté équipements : mises à niveau intelligentes et à grande échelle
1. Fours de grande taille et contrôle automatisé
Les grands fours à arc électrique à ultra-haute puissance (UHP), équipés de systèmes de contrôle d'impédance et de surveillance interne, réduisent le taux de rupture des électrodes à moins de 2 % et la consommation d'énergie par tonne de 10 à 15 %. Des systèmes intelligents de distribution d'énergie ajustent dynamiquement les pics de tension et de courant de l'arc en fonction des nuances d'acier et des procédés, évitant ainsi les pertes par oxydation réactive.
2. Construction de lignes de production continues
La production en continu de bout en bout, du broyage des matières premières à l'usinage, réduit la consommation d'énergie intermédiaire. Par exemple, le chauffage à la vapeur ou électrique lors du mélange diminue la consommation d'énergie par tonne de 80 kWh à 50 kWh.
IV. Structure énergétique : énergie verte et gestion du carbone
1. Adoption des énergies renouvelables
La construction d'usines dans des régions riches en ressources solaires ou éoliennes et l'utilisation d'électricité verte pour la graphitisation (représentant 80 à 90 % de la production totale d'électricité) peuvent réduire les émissions de carbone par tonne de 4,48 à moins de 1,5 tonne. Les systèmes de stockage d'énergie compensent les fluctuations du réseau, améliorant ainsi l'utilisation de l'énergie verte.
2. Capture, utilisation et stockage du carbone (CUSC)
La capture du CO₂ émis lors de la cuisson et de la graphitisation pour la production de carbonate de lithium ou de carburants synthétiques permet le recyclage du carbone.
V. Politiques et collaboration industrielle
1. Contrôle des capacités et consolidation industrielle
La limitation stricte des nouvelles capacités énergivores et la promotion de la concentration industrielle (à l'instar de la part de marché de 17,18 % de Fangda Carbon) permettent de réaliser des économies d'échelle et de réduire la consommation énergétique unitaire. L'encouragement de l'intégration verticale, comme l'auto-approvisionnement de Fangda Carbon pour 67,8 % de son coke calciné et de son coke d'aiguilles, diminue la consommation d'énergie liée au transport des matières premières.
2. Échange de quotas de carbone et finance verte
L'intégration du coût du carbone dans la tarification des produits incite à réduire les émissions. Par exemple, suite aux enquêtes antidumping lancées par le Japon sur les électrodes en graphite chinoises, les entreprises japonaises ont modernisé leurs technologies afin de réduire leur impact sur la taxe carbone. L'émission d'obligations vertes soutient les rénovations énergétiques ; une entreprise a ainsi réduit son ratio d'endettement grâce à des conversions de dettes en actions et financé la recherche et le développement de fours de graphitisation à basse température.
VI. Étude de cas : Effets de réduction des émissions des électrodes de 600 mm de Chenzhou
Voie technique : Optimisation du rapport coke d'aiguille + four de graphitisation en série interne + récupération de la chaleur résiduelle.
Comparaison des données :
- Consommation d'électricité : réduite de 5 500 kWh/tonne à 4 200 kWh/tonne (↓23,6 %).
- Émissions de carbone : réduites de 4,48 tonnes/tonne à 1,2 tonne/tonne (↓73,2 %).
- Coûts : Les coûts énergétiques unitaires ont diminué de 18 %, ce qui a amélioré la compétitivité du marché.
Conclusion
Grâce à l'optimisation des matières premières, à l'innovation des procédés, à la modernisation des équipements, à la transition énergétique et à la coordination des politiques, la production d'électrodes en graphite peut permettre de réduire la consommation d'énergie de 20 à 30 % et les émissions de carbone de 50 à 70 %. Avec les avancées réalisées dans la graphitisation à basse température et l'adoption des énergies renouvelables, le secteur est en bonne voie d'atteindre un pic d'émissions de carbone d'ici 2030 et la neutralité carbone d'ici 2060.
Date de publication : 6 août 2025