Energy saving is ongoing
The aluminium industry is generally one of the most energy-intensive industries. It is precisely here that investments in new technologies and processes can achieve a significant amount, as can be seen in the case of the world’s biggest aluminium smelting plant and rolling mill in Neuss on the Lower Rhine.
Only twelve metres lie between the future and the past. Standing opposite one another in their massive grandeur are two blocks with five annealing furnaces each. Nothing differentiates one from the other on the exterior, even if 40 years lie between them: They have the same structure, the same measurements, even the same plant manufacturer from the rural Eifel region of western Germany. “The notable attraction is in the technology,” says Thomas Geupel, the Commercial Managing Director of the world’s biggest aluminium smelting plant and rolling mill, Aluminium Norf (Alunorf), south of Neuss on the Lower Rhine. The now brown discoloured metal signs riveted to the five furnaces on the right discreetly proclaim the progress made: Energy efficiency A – followed by four plus signs.
With this, old and new are worlds apart: The reduction of natural gas and electricity lies at 45 percent. The plant saves 800,000 Euros through the new furnaces on an annual basis and reduces its CO2 emissions by 8500 tonnes per annum. The manufacture and processing of the light metal aluminium is regarded as the most energy-intensive of industrial processes in general. On average up to 40 percent of the overall costs are incurred by the energy aspect. Since the focus at Alunorf is on smelting, casting and rolling, it is only 20 percent. Even so, in order to manufacture 1.5 million tonnes of energy in a year the plant consumes as much energy as supplied by two power stations (a good 1400 gigawatt hours of natural gas and 622 gigawatt hours of electricity).
Not only does Alunorf save energy with the new annealing furnaces, but it has also won numerous awards: The first prize in the Energy Efficiency Awards of the German energy agency (dena) and the Energy Award of the Handelsblatt and the General Electric-initiated Energy Academy. The prizes are also an expression of the courage shown in taking unconventional paths. Arguably the production of aluminium sheets has taken the same production pattern for decades: Solid blocks of aluminium are rolled into strips, which subsequently go to the end-users as coils. From these they press car parts, printing plates or beverage cans. However the demands made on the characteristics of the silvery shiny metal can be very diverse. This means that almost every third of the approximately 100 000 large aluminium rolls that the plant produces must be reheated again after rolling. “The material thereby lends itself better to deformation,” says Geupel.
To date it has been customary after rolling at almost 200 degrees, to let the aluminium strips cool down for almost 48 hours to below 60 degrees. Subsequently they are reheated again to 480 degrees – a pure waste of energy. In the case of the four coils that the old annealing furnaces are able to accommodate, the furnaces can only heat them up jointly and from a uniform base temperature. “We wanted to increase the capacity of our furnaces anyway and improve the process at the same time,” is the word from Geupel. By involving the plant constructor Otto Junker, the Alunorf engineers further developed the process: Every aluminium roll is now computer controlled, directly heating up each aluminium roll individually, immediately after rolling – irrespective of initial temperature. Additional insulation and the use of hot exhaust gases save further energy and time – crucial for its competitive edge internationally.
What seemed to be an easy task, had pitfalls that had to be overcome in considerable detail: “It took us three years to optimise the furnaces,” admits Project Manager Olaf Trepels. Since 2014 the energy-consuming hot-cold-hot process is a thing of the past. The new annealing furnaces save around 31 gigawatt hours per annum. This is the equivalent of the electricity consumption of around 9000 private households. The cost of the investment was 7.6 million Euros; the expenses will have paid themselves off in six years. The German Federal Ministry of the Environment contributed 20 percent of the investment for the pilot project. It is for this reason that the plant constructor Otto Junker is permitted to offer the process to other companies in the industry as well – and is doing so successfully.
Since 1990 Alunorf has reduced the energy deployed per tonne of aluminium by more than 30 percent. Every year, at least that is the goal, it must be 1.5 percent less. Even by converting five of the 29 furnaces, this could be achieved. When will the other furnaces follow suit? Geupel cannot say. The new investments still have to pay off from a business perspective. Only then will there be consent from the two shareholders Hydro Aluminium and Novelis. “We need to find more grounds to move this along, perhaps another being the expansion or renewal of an installation,” Geupel explains. As in the case of the current modernisation of one of the two hot rolling mills which will boost production by 30 percent – while at the same time achieving an energy saving of 20 percent.
With regard to efficiency and productivity, Alunorf is the global leader. However, its CEO envisages the lead to be under threat if all the initiatives of the Federal Government and the EU Commission in the run-up to the Climate Control Conference in Paris are to be implemented on a one-to-one basis. “At present we can live with the regulations in place,” says Geupel. The fact of the matter is that Alunorf, as is the case with many energy-intensive companies in Germany, falls under the compensation scheme of the German Renewable Energies Act (EEG) and has to help carry the responsibility for the levy for the promotion of electricity from wind, sun and biomass. Instead of a sum in the one-and-a-half million ranges upward, it is only several hundred Euros a year. “If we can no longer avail ourselves of that, then we may be presented with the question of international competitiveness,” says Geupel. Michael Niese, the Metal Trade Association director laments the political uncertainty in particular: “Many businesses simply do not know what they will be faced with in three to five years’ time.”
Meanwhile Geupel has already found the next energy saving option, this time in the case of lighting: This year alone and in the coming two years he will be spending 600,000 Euros in every instance to convert the plant to energy-saving LED lighting. “We have no choice, but to pull out all the stops.”
L’économie d’énergie en mode continu
La branche de l’aluminium figure de loin parmi les industries les plus consommatrices d’énergie. C’est précisément dans ce secteur que les investissements en matière de nouveaux procédés et de nouvelles technologies peuvent avoir un fort impact positif, comme le montre l’usine de fonte et de laminage d’aluminium la plus importante au monde, située à Neuss en Basse-Rhénanie (Allemagne).
Douze mètres seulement séparent l’industrie du passé de celle du futur. Massifs, les deux blocs dotés chacun de cinq fours à recuire se font face. En apparence, presque rien ne les distingue, bien que 40 ans ne les séparent : la même structure, les même proportions, ils vont même jusqu’à partager le même constructeur, implanté dans la région de l’Eifel (Allemagne). « L’originalité réside dans la technique » affirme Thomas Geupel, directeur commercial d’Aluminium Norf (Alunorf), l’usine de fonte et de laminage d’aluminium la plus importante au monde, située au sud de Neuss en Basse-Rhénanie. Déjà brunis par la chaleur, les panneaux métalliques rivés sur chacun des cinq fours de droite, révèlent discrètement le progrès accompli : Efficacité énergétique de catégorie A (Energieeffizienz A) – mention suivie de 4 signes plus.
Entre ancienne et nouvelle industrie, l’écart est donc flagrant : la consommation de gaz naturel et d’électricité est réduite de 45 pourcent. Grâce à ses nouveaux fours, l’usine économise plus de 800 000 euros chaque année et diminue ses émissions de CO2 de 8 500 tonnes par an. La fabrication et la transformation du métal léger qu’est l’aluminium figurent de loin parmi les procédés les plus gourmands en énergie. En moyenne, jusqu’à 40 pourcent des coûts globaux de ce secteur sont à attribuer au facteur énergie. Dans la mesure où Alunorf se concentre sur la fonte, la coulée et le laminage du métal, la dépense ne représente plus que 20 pourcent. Mais pour la production d’ 1,5 millions de tonnes d’aluminium, l’usine consomme tout de même autant d’énergie que n’en produisent deux centrales nucléaires (environ 1400 gigawattheures de gaz naturel et 622 gigawattheures d’électricité).
Les nouveaux fours permettent non seulement à Alunorf d’économiser de l’énergie, mais ils lui ont aussi fait gagner de nombreuses récompenses, comme le 1er Prix de l’Energy Efficiency Award de l’Agence allemande de l’énergie dena et l’Energy Award de l’Energy Academy, une initiative du quotidien allemand Handelsblatt et de General Electric. C’est aussi l’audace de l’entreprise de s’aventurer hors des sentiers battus que ces prix symbolisent. Car depuis des décennies, les tôles d’aluminium sont produites selon le même schéma : passés au laminoir, des blocs d’aluminium sont transformés en bandes, aussitôt mises en bobines pour livraison aux clients finaux. Ces derniers les passent ensuite à la presse pour former des pièces automobiles, des plaques d’impression ou des canettes. Mais les exigences relatives aux propriétés de ce métal brillant et argenté varient du tout au tout. En effet, près d’un tiers des quelques 100 000 gros rouleaux d’aluminium produits par l’usine chaque année doit de nouveau être chauffé après avoir été laminé. « Cela permet une mise en forme plus facile du matériau », selon Geupel.
Jusqu’à présent, il était courant de faire refroidir les bandes d’aluminium après le laminage, pour les faire passer d’une température d’environ 200 degrés à moins de 60 degrés en 48 heures minimum. Elles étaient ensuite de nouveau chauffées à 480 degrés – un vrai gaspillage d’énergie. Dans les anciens fours, les quatre bobines qu’ils sont respectivement en mesure de contenir, ne peuvent être chauffées que simultanément et à partir de la même température de base. « Nous voulions de toute façon augmenter la capacité de nos fours tout en améliorant les opérations », affirme Geupel. Les ingénieurs d’Alunorf ont développé le procédé en coopération avec le constructeur de l’usine, Otto Junker : désormais, un dispositif informatique permet de chauffer individuellement chaque rouleau d’aluminium directement après le laminage – et ce, indépendamment de la température de départ. Une isolation supplémentaire et l’utilisation de la chaleur des gaz de combustion permettent d’économiser davantage d’énergie et de temps, un facteur important de compétitivité à l’échelle mondiale.
Contrairement aux apparences, le chemin était semé d’embûches : « Il nous a fallu trois ans pour mettre au point les fours », souligne Olaf Trepels, le chef de projet. Depuis 2014, le procédé à forte consommation d’énergie alternant phases de réchauffement et de refroidissement appartient au passé. Les nouveaux fours permettent d’économiser environ 31 gigawattheures par an, ce qui correspond à la consommation d’électricité de près de 9 000 foyers privés. L’investissement a coûté 7,6 millions d’euros, une dépense qui devrait être amortie en six ans. Le projet pilote a bénéficié d’une contribution à hauteur de 20 pourcent des investissements de la part du Ministère fédéral allemand de l’Environnement. C’est pourquoi le constructeur Otto Junker est autorisé à proposer ce nouveau procédé à d’autres entreprises du secteur – une tâche qu’il mène avec brio.
Depuis 1990, Alunorf a réduit sa consommation d’énergie par tonne d’aluminium de plus de 30 pourcent. L’objectif étant d’atteindre une diminution de 1,5 pourcent par an. La seule transformation de cinq des 29 fours de l’usine a permis d’atteindre des résultats considérables. A quand la mise à niveau des autres fours ? Geupel n’est pas en mesure de le dire. Car les investissements récents doivent d’abord s’avérer financièrement rentables pour l’entreprise – une condition sine qua non au consentement des deux associés Hydro Aluminium et Novelis. « Nous avons besoin d’un argument supplémentaire, tel que l’agrandissement ou la rénovation d’une installation », explique Geupel, comme c’est actuellement le cas pour la modernisation en cours d’un des deux laminoirs à chaud, permettant à la fois une augmentation de la capacité de production de 30 pourcent et une économie d’énergie de 20 pourcent.
Alunorf est leader mondial en matière d’efficacité et de productivité, pourtant, selon son directeur, cette avance pourrait être mise en danger par une réalisation à la lettre de toutes les initiatives du gouvernement fédéral d’Allemagne et de la Commission européenne en amont de la Conférence de Paris sur les changements climatiques. « Pour l’instant, nous pouvons nous accommoder des règles existantes », affirme Geupel. Comme beaucoup d’entreprises grandes consommatrices d’énergie, Alunorf est soumise au régime de compensation de la loi allemande sur les énergies renouvelables (EEG), qui la dispense d’une haute participation financière à la promotion des énergies éolienne, solaire et de la biomasse pour la production d’électricité. Au lieu d’un montant moyen qui se compte en millions, l’entreprise ne doit reverser que quelques centaines de milliers d’euros par an. « Si nous ne pouvons plus bénéficier de cette mesure, notre compétitivité internationale risque d’en pâtir », déclare Geupel. Michael Niese, directeur de l’Association professionnelle allemande de l’industrie des métaux, se dénonce surtout un climat politique incertain : « Beaucoup d’entreprises ne savent tout simplement pas à quoi elles peuvent s’attendre d’ici trois ou cinq ans.»
Pendant ce temps, Geupel a déjà trouvé un nouveau moyen d’économiser de l’énergie, cette fois-ci au niveau de l’éclairage : cette année et l’année prochaine, il prévoit de dépenser respectivement 600 000 euros pour l’installation dans l’usine d’un système d’éclairage LED économe en énergie. « Il est en effet important de jouer sur tous les tableaux. »
