Solutions énergétiques à faibles émissions de carbone pour les sites miniers
12 avril 2024
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Il faut extraire les minéraux critiques nécessaires à la transition énergétique. Mais il faut le faire de manière durable. Voici comment.
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Par Ericka Wicks and Debra Johnson
L’extraction de minéraux critiques est essentielle à la transition énergétique. Mais pour les obtenir, il faut agrandir les mines existantes et en exploiter de nouvelles.
Cela soulève un paradoxe : il faut plus d’énergie pour extraire les minéraux nécessaires à la production d’énergie propre. Mais les mines consomment aussi beaucoup d’énergie. La recherche d’économies et de solutions de développement durable est donc devenue essentielle.
L’adoption de solutions énergétiques à faibles émissions de carbone s’inscrit dans le cadre de la gérance de l’environnement. Elle présente également des avantages économiques et des possibilités d’innovation au sein de l’industrie minière.
Les mines ont besoin d’une grande quantité d’énergie fiable pour fonctionner. La fiabilité de l’alimentation a toujours été importante pour l’industrie minière. De plus, en grande partie, cette énergie est fournie par des entreprises de services publics qui dépendent fortement de combustibles fossiles classiques comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Dans les endroits très éloignés, l’électricité est souvent fournie par des groupes électrogènes diesel. Suivant le modèle d’affaires classique, la croissance de l’industrie minière exigerait de nouvelles infrastructures pour fournir de l’électricité aux mines qui se trouvent en retrait des réseaux déjà surchargés.
De nombreuses entreprises de services publics sont également confrontées à des problèmes de fiabilité des réseaux à mesure qu’elles abandonnent les combustibles fossiles et développent davantage ces réseaux. Les applications industrielles énergivores mettent les systèmes d’alimentation existants à rude épreuve. Les projections suggèrent qu’il est possible que l’approvisionnement énergétique ne puisse répondre à la demande croissante.
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Les solutions à faibles émissions de carbone contribueront à un avenir plus durable. Elles permettront également aux entreprises minières de se positionner en tant que chefs de file de l’extraction responsable des ressources.
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L’industrie minière évolue pour répondre à la demande. L’accent est désormais mis sur l’utilisation d’énergies renouvelables et de technologies à haut rendement énergétique pour réduire les émissions de carbone. Les chaînes d’approvisionnement mondiales exigent de plus en plus de minéraux critiques à faible empreinte carbone. Et les investisseurs dans le secteur minier veulent financer des projets à faibles émissions de carbone.
Les entreprises minières à la recherche de solutions énergétiques moins polluantes se rendent souvent compte que certaines options ne leur conviennent pas. Heureusement, il existe des solutions de rechange pour permettre aux mines de compter sur une combinaison optimisée de sources d’électricité régulière. Pour atteindre leurs objectifs, les mines peuvent jumeler les nouvelles technologies et les systèmes de stockage d’énergie aux énergies renouvelables. Les propriétaires de mines peuvent étudier ces questions avec des experts techniques. Il est également important d’informer leurs partenaires (gouvernements et entreprises de services publics). Il peut en résulter des avantages allant au-delà de la réduction des émissions de carbone.
Solutions connues d’électricité régulière à faibles émissions de carbone
Les énergies renouvelables sont essentielles pour réduire la dépendance d’une mine à l’égard des réseaux électriques existants. On retrouve notamment des sources connues comme l’énergie solaire, l’énergie éolienne et l’énergie hydraulique. En outre, l’amélioration de l’efficacité énergétique est indispensable à la réduction des émissions de carbone. Heureusement, le secteur voit naître de nombreuses solutions novatrices et les obstacles à l’adoption de ces solutions diminuent rapidement.
Les centrales électrocalogènes constituent une approche pratique. Elles produisent simultanément de l’électricité et de l’énergie thermique (chaleur). Connue également sous le nom de cogénération, cette forme de production d’énergie permet aux exploitants miniers de réutiliser la chaleur qui serait autrement perdue. Cette dernière peut être utilisée de différentes manières : notamment pour créer de la vapeur servant à produire de l’électricité, pour chauffer des bâtiments ou pour faire fonctionner des refroidisseurs à vapeur.
Une autre option consiste à établir des microréseaux et des ressources énergétiques décentralisées sur place. Une mine peut ainsi réduire ou éliminer sa dépendance à l’égard de l’énergie fournie par des tiers. Les microréseaux offrent une plus grande flexibilité et des taux d’efficacité plus élevés. Les mines peuvent alors équilibrer la production d’énergies renouvelables avec les sources d’énergie classiques. En outre, les mines peuvent retourner l’électricité excédentaire vers des réseaux électriques voisins, permettant ainsi aux collectivités d’accueil de disposer d’une énergie plus durable que celle qu’elles utilisent à l’heure actuelle.
Les petits réacteurs modulaires (PRM) sont conçus pour offrir une certaine flexibilité, l’objectif étant de répondre aux besoins des utilisateurs. Leur polyvalence inhérente leur permet de s’adapter à des demandes énergétiques spécifiques. Bien qu’il faille encore attendre quelques années avant de pouvoir utiliser les PRM à grande échelle, les mines les évaluent déjà en raison de leur caractère autonome. Les modèles de PRM varient en matière de puissance électrique. Ils vont jusqu’à 300 mégawatts par module pour les réacteurs connectés au réseau à 3 mégawatts. Ces réacteurs compacts offrent une solution énergétique fiable et carboneutre pour les sites isolés ou industriels. En fait, ils sont utilisés dans les sous-marins et les navires nucléaires depuis plus de 60 ans. Leur modularité permet également d’accroître la puissance électrique au fur et à mesure que la mine prend de l’expansion ou que les besoins de la collectivité augmentent.
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En installant un microréseau sur place, une mine peut réduire ou éliminer sa dépendance à l’égard de l’énergie fournie par des tiers.
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Énergies renouvelables et stockage
Les progrès des technologies de stockage de l’énergie, telles que les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS), révolutionnent la façon dont les mines gèrent leurs besoins énergétiques. La combinaison d’une source d’énergie renouvelable et d’un BESS est un exemple de ressource énergétique décentralisée (RED). Une RED englobe à la fois les logiciels et le matériel nécessaires pour produire de l’électricité et contrôler les charges. En général, les RED et les BESS doivent être complétés par d’autres sources d’énergie et contribuent à répondre aux besoins des mines en matière d’énergie et de fiabilité.
Il existe de nombreuses configurations utiles pour les RED sur les sites miniers. De plus, la technologie s’améliore grâce à l’attention portée à la transition énergétique à l’échelle mondiale. Par conséquent, les coûts diminuent. Voyons quelques-unes des technologies d’énergies renouvelables dont les sociétés minières pourraient tirer profit :
- Énergie solaire : Elle peut être particulièrement efficace dans les mines où de grandes quantités de terres ont déjà été perturbées. Pourquoi? Parce qu’elle réduit la nécessité de perturber encore plus de terres. Bien que le site doive bénéficier d’un rayonnement solaire favorable, des technologies ont été conçues pour fonctionner dans des régions arctiques enneigées. Les panneaux solaires flottants sont également d’excellentes solutions pour les réservoirs d’eau sur les sites miniers. Les configurations de panneaux solaires peuvent être optimisées pour maximiser la production d’énergie et le taux de rendement interne. Jumelée à un système de stockage de l’énergie, une centrale solaire peut également fournir de l’électricité même lorsque le soleil ne brille pas.
- Énergie éolienne : Elle permet d’exploiter les terres non utilisées sur les sites miniers pour augmenter l’approvisionnement en énergie lorsque le vent souffle, et ainsi réduire les émissions de carbone. Toutefois, une évaluation approfondie du potentiel éolien du site est cruciale. Le respect des réglementations locales et fédérales, comme les marges de recul et les zones protégées, est essentiel lors de la planification d’un projet d’énergie éolienne. Comme l’énergie solaire, l’énergie éolienne est une ressource intermittente qui gagne à être combinée à un système de stockage de l’énergie.
- Stockage d’énergie : Les BESS, l’accumulation par pompage et le stockage d’énergie thermique peuvent tous être intégrés au microréseau d’une mine, tout comme le stockage d’énergie par volants d’inertie. Le microréseau peut aider à équilibrer la demande en réduisant les pointes de consommation, en stockant l’excédent de l’énergie renouvelable produite et en libérant de l’énergie au moment opportun. Le stockage de l’énergie sur une plus longue durée est essentiel pour transférer de plus grandes quantités d’énergie renouvelable sur des périodes plus longues.
- Hydroélectricité : De nombreuses mines tirent leur énergie de l’hydroélectricité. Les technologies de microturbines peuvent également exploiter l’énergie des systèmes d’écoulement de fluides par gravité dans une mine. Cette approche leur permet de produire encore plus d’énergie renouvelable et de stocker l’énergie provenant de sources renouvelables, puis de l’utiliser de manière stratégique pendant les périodes où les tarifs sont moins élevés. Les équipes de Stantec utilisent des outils pour surveiller et gérer les importants flux d’eau que l’on trouve sur de nombreux sites miniers.
- Géothermie : En s’enfonçant plus profondément dans le sol, les mines extraient des matériaux et des saumures du manteau terrestre. Cela donne accès à des sources de saumure à haute température, de roche surchauffée et d’air chaud. Il est alors possible d’utiliser ces sources de différentes manières pour produire de l’énergie. De nombreux minerais et saumures doivent être refroidis pour atteindre la température et la composition chimique idéales pour l’extraction de minéraux. Cette baisse de température peut favoriser la production d’énergie géothermique.
- Biogaz : Même si le biogaz n’est pas un concept nouveau, son utilisation augmente à mesure que les technologies s’améliorent et que les coûts diminuent. Le biogaz est produit lorsque la matière organique se décompose sans présence d’oxygène. Il peut ensuite servir de combustible pour alimenter les activités minières de manière plus durable. Il permet également de réduire la quantité de déchets dans les décharges.
- Hydrogène : L’hydrogène est un outil énergétique relativement nouveau. L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers et il ne libère aucun gaz à effet de serre (GES) lors de sa combustion. Il peut être produit à partir de combustibles fossiles classiques. On parle alors d’hydrogène bleu lorsqu’en cours de production, le carbone est capté et d’hydrogène gris lorsqu’il ne l’est pas. Il peut également être généré à partir de sources d’énergies renouvelables. Il s’agit alors d’hydrogène vert. De nouvelles formes d’hydrogène apparaissent également, comme l’hydrogène rose, produit à partir de l’énergie nucléaire, ou l’hydrogène turquoise, produit à partir de la pyrolyse du méthane.
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Il existe de nombreuses configurations utiles pour les RED sur les sites miniers.
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Scénarios gagnants pour tous
À mesure que les énergies renouvelables et les solutions de production d’électricité arrivent à maturité, leurs prix deviennent plus compétitifs par rapport à l’électricité provenant des réseaux existants. Les entreprises minières disposent aujourd’hui de plus de solutions que jamais. Le principe est simple : l’adoption de solutions énergétiques à faibles émissions de carbone permet non seulement de réduire les émissions de GES, mais aussi de diminuer les coûts d’exploitation. Cela offre également une sécurité d’approvisionnement dans les régions où l’énergie est rare, peu fiable ou difficile d’accès.
À mesure que la demande en minéraux critiques augmente, de nouvelles mines sont mises en service. Et elles se trouvent souvent dans des régions éloignées. Les collectivités locales pourraient bénéficier d’un meilleur accès aux infrastructures électriques dont la mine a besoin. Parallèlement à un solide engagement envers les collectivités et à des stratégies de réconciliation économique, l’apport d’une énergie moins coûteuse et plus propre aux collectivités d’accueil peut contribuer à une meilleure acceptabilité sociale et à un plus grand soutien envers les activités minières.
De nombreux programmes de financement gouvernementaux actuels soutiennent les minéraux critiques, ainsi que la transition énergétique et la modernisation des infrastructures énergétiques. L’équipe du Programme de financement nord-américain de Stantec procède à un suivi régulier de toutes les sources de financement disponibles en exploitation minière. Les entreprises minières devraient examiner comment ces sources de financement peuvent améliorer la viabilité financière de leurs projets.
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Recommandations et mesures pour l’avenir
Des pays comme le Canada, l’Australie et certains autres mettent en place des taxes sur le carbone ou des pénalités pour les émissions de GES. Les entreprises minières doivent donc s’attendre à ces coûts lorsqu’elles évaluent des projets énergétiques.
Les « primes vertes », ou la valeur supplémentaire des minéraux à faible empreinte carbone, ne sont pas encore intégrées aux marchés de produits de base. Mais elles font l’objet d’un débat plus large. Pourquoi? Afin de distinguer les métaux provenant de pays qui privilégient une production responsable.
Il peut s’avérer important de tenir compte de la durée de vie des technologies susmentionnées par rapport à la durée de vie de la mine. Bon nombre de ces technologies ont une durée de vie de 20 à 30 ans, alors que la durée de vie autorisée dans de nombreuses mines est de 10 à 15 ans. Les mines peuvent remédier à ce problème en établissant la durée de vie des réserves identifiées, ou encore, l’héritage communautaire qu’une mine peut laisser après sa fermeture.
Il est difficile d’évaluer les coûts et les avantages de la stratégie énergétique à faible empreinte carbone d’une mine. La tâche est facilitée lorsque l’entreprise travaille en collaboration avec les parties prenantes (services publics, fournisseurs de technologies et de services, gouvernements et collectivités d’accueil). Il faut donc veiller à ce que l’engagement se fasse tôt et se renouvelle.
L’industrie minière s’oriente vers des solutions énergétiques à faibles émissions de carbone. Ce changement s’accompagne de nombreuses options en matière de développement durable et d’innovation. Les initiatives en faveur des énergies renouvelables, de l’efficacité énergétique, du stockage de l’énergie et des nouvelles technologies peuvent aider les mines à réduire leur empreinte carbone. Ces efforts permettront d’améliorer la résilience énergétique et opérationnelle.
Ces solutions contribueront à un avenir plus durable. Elles permettront également aux entreprises minières de se positionner en tant que chefs de file de l’extraction responsable des ressources.
À propos des auteures :
Erika se consacre à la transition énergétique et aux énergies renouvelables. Elle possède une expertise en matière de développement commercial, de financement, d’élaboration et de gestion de programmes, de durabilité environnementale et d’énergie.
Debra travaille avec des sociétés minières pour atteindre et dépasser leurs objectifs en matière d’environnement, de société et de gouvernance (ESG) et de carboneutralité. En poste à Phœnix, elle contribue à la résolution de problèmes de développement durable dans l’industrie minière.
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