Si vous êtes déjà resté assez longtemps dans une usine de céramique pour regarder les transformateurs en porcelaine refroidir, vous remarquerez quelque chose que la plupart des observateurs occasionnels oublient : le bourdonnement des fours à haute température qui façonnent les bagues en porcelaine est plus fort qu'il ne devrait l'être. En tant que fournisseur de bagues en porcelaine, j'ai passé les cinq dernières années à rechercher ce juste milieu, silencieux et efficace, où la fabrication de précision rencontre le respect de la planète. Les traversées en porcelaine ne sont pas négociables pour les réseaux électriques, connectant les transformateurs aux lignes et empêchant les fuites électriques, mais leur production a longtemps été un processus gourmand en ressources qui draine l'eau, brûle du carburant et envoie des particules dans l'air.
Mon équipe n'a pas commencé en tant qu'experts en développement durable. Nous avons commencé comme des personnes qui recevaient des inquiétudes de la part des opérateurs de réseau, frustrées par les délais de livraison et les taux de rebut élevés, ainsi que par la pression des régulateurs locaux pour mettre de l'ordre dans nos actes. Ce voyage m'a appris que réduire l'impact environnemental ici n'est pas une question d'ajustements tape-à-l'œil et irréalisables, mais plutôt de petits changements délibérés qui s'accumulent et le choix de matériaux et de processus qui n'échangent pas la performance contre une réduction des émissions. Décomposons ce que nous avons appris et ce que chaque producteur et acheteur de bagues devrait prioriser.
Tout d'abord, expliquons pourquoi les bagues en porcelaine sont importantes, car ce contexte fait que le travail environnemental ressemble moins à un buzz marketing qu'à une préoccupation pour les systèmes sur lesquels nous comptons tous. Si vous avez déjà allumé une lumière dans une zone rurale, cette alimentation provenait d'un transformateur équipé d'une traversée. Ces composants sont constitués d'un mélange de porcelaine de haute qualité, souvent doté d'un noyau qui transporte le courant et de couches extérieures isolantes de la pluie, de la poussière et des températures extrêmes. Vous pouvez explorer les conceptions standard que nous proposons pour différents réseaux mondiaux ici :COMME bague de transformateur standard,Douille de transformateur standard du Brésil, et des conceptions adaptées aux systèmes d'huile de transformateur ici :Douille d'huile en porcelaine. Ce qu'il est facile d'oublier, c'est que chaque étape de fabrication de ces pièces, depuis l'extraction des matières premières jusqu'à la cuisson du produit final, comporte une empreinte carbone.
Commençons par l'étape des matières premières, car c'est de là que proviennent 60 % de l'impact environnemental d'une douille en porcelaine, selon une analyse du cycle de vie (ACV) de 2022 que nous avons commandée pour notre propre production. Les mélanges de porcelaine traditionnels dépendent fortement de l'argile kaolin, du feldspath et du quartz, qui sont extraits dans de grandes mines à ciel ouvert qui enlèvent la couche arable et peuvent contaminer l'eau locale s'ils ne sont pas gérés avec soin. Pendant des années, nous nous sommes procurés du kaolin dans une seule carrière située à 200 milles de distance, en brûlant du diesel pour l'expédier, et nous n'avons lavé les matières premières qu'une seule fois avant de les mélanger, gaspillant à la fois l'eau et les fines particules d'argile qui se sont retrouvées dans les eaux usées locales.
Nous avons résolu ici deux gros problèmes en optant pour des matières premières régionales recyclées. Tout d’abord, nous nous sommes associés à une carrière située à 30 milles de notre usine qui utilise l’exploitation minière en boucle fermée : ils restaurent les côtés des fosses avec de la végétation indigène au fur et à mesure de leurs travaux, de sorte que l’érosion des sols est presque inexistante. Deuxièmement, nous nous approvisionnons désormais à 25 % en kaolin à partir de déchets de porcelaine industrielle que nous broyons et raffinons pour obtenir un mélange utilisable. Ces déchets proviennent de fabricants de bagues qui surchauffent des pièces ou proposent des produits non conformes aux spécifications, des matériaux qui auraient été mis en décharge. Nous avons ajusté notre mélange et le temps de cuisson pour tenir compte du matériau recyclé, et après 12 mois de tests, notre taux de rebut a chuté de 18 % car l'argile recyclée rend la porcelaine finale plus uniforme, réduisant ainsi les fissures lors de la cuisson. Cela a réduit nos émissions liées au transport de matières premières de 42 % et réduit d'un quart notre dépendance à l'égard de nouveaux matériaux extraits, une victoire à la fois pour la planète et pour nos résultats financiers.
Vient ensuite l’étape de mélange et de formage, une autre étape gourmande en énergie. La production traditionnelle de douilles en porcelaine utilise un processus de mélange humide, dans lequel les matières premières sont combinées avec de l'eau pour former une bouillie, puis versées dans des moules et séchées. Le processus de séchage est généralement effectué dans de grands fours à gaz qui soufflent de l'air chaud sur les pièces, mais il est inefficace : seulement environ 30 % de la chaleur interagit réellement avec la porcelaine humide, selon le guide de fabrication 2023 de la Ceramic Industry Association. Nous avons essayé quelques solutions ici, mais celle qui a le mieux fonctionné consistait à passer à une méthode de pressage à sec sous vide pour la plupart de nos bagues standard, au lieu du formage humide.
Le pressage à sec mélange des poudres brutes avec une petite quantité de liant (beaucoup moins d'eau que le formage humide) et utilise la pression hydraulique pour façonner la douille dans un moule. Cela réduit le temps de séchage de 72 heures à 8 heures, car il y a moins d'eau à évaporer et utilise 65 % d'énergie en moins dans cette étape que le formage humide. Nous utilisons toujours le formage humide pour les pièces personnalisées de haute précision destinées aux transformateurs spécialisés, mais pour notre gamme de produits de base, notammentDouille en porcelaine pour transformateurunités qui représentent 70 % de nos ventes : le passage au pressage à sec a été transformateur. Nous avons également installé un système d'eau en boucle fermée pour la petite quantité d'eau que nous utilisons encore : tous les ruissellements provenant du formage et du nettoyage des pièces du moule sont filtrés, traités et réutilisés, nous prenons donc désormais 0,0 gallon d'eau douce par bague produite, contre 1,2 gallon il y a deux ans. Ce n'est pas seulement bon pour la rivière locale qui alimente notre ancien approvisionnement en eau : cela élimine également notre facture de service d'eau pour ce processus.
Mais le plus grand défi auquel nous avons été confrontés a été l’étape du four. La cuisson de la porcelaine nécessite des températures comprises entre 1 200 et 1 400 degrés Celsius, et pendant des décennies, notre usine a utilisé un four alimenté au gaz naturel qui n'a été doté de contrôles d'efficacité énergétique que dans les années 1990. Il émettait environ 1,5 tonne de CO2 par tonne de bagues finies, selon notre audit des émissions de 2021. Nous avons envisagé de passer aux fours électriques, mais le coût initial était prohibitif, jusqu'à ce que nous découvrions la technologie des fours hybrides qui associe le gaz naturel à la chaleur résiduelle récupérée d'autres parties de l'usine, ainsi qu'un programme de lots qui réduit les temps d'inactivité.
Voici comment cela fonctionne : notre four est désormais lié à nos étuves de séchage et à un système de refroidissement séparé qui capte l'excès de chaleur des deux, puis préchauffe la charge entrante du four avant qu'elle n'atteigne la température de cuisson. Nous avons également modifié notre programme de cuisson, passant d'un fonctionnement du four 12 heures par jour, 7 jours par semaine, à un fonctionnement par lots de 8 heures uniquement lorsque nous avons une charge complète de pièces. Le temps d'inactivité était une énorme perte : chaque fois que nous démarrions le four à froid, nous brûlions 200 mètres cubes de gaz juste pour atteindre la température de fonctionnement. Désormais, nous ne produisons que des lots complets et utilisons la chaleur résiduelle récupérée pour réchauffer les matières premières avant qu'elles n'entrent dans le four. Le résultat ? Nous avons réduit les émissions du four de 58 % et notre facture énergétique pour cette étape a diminué de 45 % la première année. Nous avons également ajouté des brûleurs à faible teneur en NOx au four, ce qui a réduit les émissions d'oxyde d'azote de 70 % - ce que les régulateurs locaux réclamaient, et nous n'avons même pas eu à payer pour des équipements supplémentaires pour y arriver, mais simplement une planification plus intelligente.
De nombreux efforts de développement durable dans la fabrication négligent la phase de fin de vie, mais pour les bagues en porcelaine, il s'agit d'un grand angle mort. Lorsque les vieux transformateurs sont remplacés, leurs traversées sont souvent jetées au rebut, même si la porcelaine est encore intacte et fonctionnelle. Nous avons lancé un programme de reprise il y a deux ans : lorsqu'une entreprise de services publics remplace de vieilles bagues, nous récupérons gratuitement celles qui sont usagées, les inspectons pour déceler tout dommage et remettons à neuf celles qui sont encore en bon état, soit en les vendant comme unités reconditionnées pour 20 % de moins que les neuves, soit en les broyant pour en faire une matière première recyclée pour notre mélange. Au cours des 18 derniers mois, nous avons repris 120 tonnes de bagues usagées, reconditionné 45 tonnes et recyclé le reste, détournant ainsi 115 tonnes des décharges. Cela nous a également permis de nouer des relations plus solides avec nos clients, qui apprécient de disposer d'une manière responsable d'éliminer les anciens composants du réseau au lieu de les jeter.
Je vais être honnête : tous les changements que nous avons apportés n'ont pas fonctionné. Nous avons essayé d'ajouter des panneaux solaires sur le toit de notre usine en 2022, mais notre usine est en retrait par des arbres qui bloquent 40 % du soleil, la période de récupération était donc de 12 ans, soit trop longue pour avoir un sens pour notre petite entreprise. Au lieu de cela, nous nous sommes associés à une ferme solaire locale pour acheter des crédits d'énergie renouvelable (REC), ce qui nous a permis de nous procurer 35 % de notre électricité à partir de l'énergie solaire, réduisant ainsi nos émissions de scope 2 de 30 %. Nous avons également essayé d'ajouter des floculants chimiques à notre système d'eau plus tôt, mais ils ont laissé des résidus dans notre eau recyclée qui ont provoqué des fissures mineures dans certaines bagues. Nous avons donc opté pour une filtration naturelle avec du charbon actif et du sable, qui fonctionne mieux et est non toxique en cas de fuite dans l'environnement.
Ce qu’il faut retenir ici, c’est que la réduction de l’impact environnemental n’est pas une question de perfection : il s’agit de changements progressifs et mesurables qui ne compromettent pas la qualité de votre produit. Les bagues en porcelaine doivent être durables, capables de résister aux conditions météorologiques extrêmes et aux charges électriques élevées, de sorte que tout ajustement de durabilité doit répondre aux normes de l'industrie avant d'être mis en production. Nous testons chaque lot recyclé, chaque nouveau programme de cuisson, avec des laboratoires tiers pour nous assurer que nos traversées répondent aux mêmes exigences de tension et de température que celles fabriquées avec des méthodes traditionnelles, et jusqu'à présent, nous n'avons eu aucune défaillance de produit liée à nos nouveaux processus.
Si vous êtes un exploitant de réseau électrique ou un acheteur de traversées en porcelaine, cela vaut la peine de demander à votre fournisseur son ACV, son approvisionnement en matières premières et ses programmes de reprise. LeDouille en porcelaine en puissanceLa page contient plus de détails sur la façon dont nos bagues sont conçues pour durer, et nous mettons toujours à jour nos pratiques à mesure que de nouvelles technologies deviennent disponibles. Pour tous ceux qui travaillent dans le secteur manufacturier, ce travail m'a appris que la durabilité n'est pas l'affaire d'un département distinct : elle fait partie de chaque décision, depuis la matière première que vous achetez jusqu'au calendrier d'exploitation de votre four.
Nous n’avons pas fini non plus. Cette année, nous testons un nouveau liant d'origine biologique pour notre processus de pressage à sec, fabriqué à partir d'amidon de maïs au lieu de matériaux à base de pétrole, ce qui pourrait réduire encore davantage nos émissions de portée 3. Nous étudions également la technologie des fours électriques à petite échelle qui pourrait être réalisable pour nos petites séries au cours des deux prochaines années. L’objectif n’est pas d’être parfait, il s’agit de continuer à avancer, un petit changement à la fois, afin que les composants qui assurent le fonctionnement de nos réseaux électriques ne pèsent pas lourdement sur la planète.
Si vous souhaitez discuter de nos processus de production durables ou en savoir plus sur la façon dont nos bagues standard, huileuses et personnalisées peuvent répondre à vos besoins tout en soutenant les objectifs environnementaux, n'hésitez pas à nous contacter pour une consultation et un devis.
Références
- Société américaine de céramique. (2023).Efficacité énergétique dans la fabrication avancée de céramiques. Association de l'industrie de la céramique.
- Agence internationale de l'énergie. (2022). Analyse du cycle de vie des composants du réseau électrique : bagues en porcelaine. Programme d'innovation des réseaux de l'AIE.
- Association européenne des transformateurs. (2023). Normes de durabilité pour les composants isolants haute tension. Actes de la conférence EUTRA.
- Agence américaine de protection de l'environnement. (2021). Réduction de l'eau industrielle dans la fabrication de céramique : études de cas et meilleures pratiques. Bureau de l'EPA pour la gestion durable des matériaux.
