Si l’énergie solaire est une excellente source d’énergie renouvelable, elle souffre néanmoins de certains problèmes, notamment l’absence de technologie à bas coût permettant de la stocker efficacement sur le long terme. Pour y remédier, des chercheurs ont mis au point un fluide moléculaire capable de stocker l’énergie solaire pendant 18 ans, et de la restituer à la demande.

Des scientifiques suédois ont mis au point un fluide spécifique, appelé combustible solaire thermique, capable de stocker de l’énergie solaire pendant plus de dix ans. « Un carburant solaire thermique est comme une batterie rechargeable, mais au lieu de l’électricité, vous emmagasinez de la lumière et restituez de la chaleur à la demande » explique Jeffrey Grossman, ingénieur en matériaux au MIT.

Le fluide est en fait une molécule sous forme liquide que les scientifiques de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, s’emploient à améliorer depuis plus d’un an. Cette molécule est composée de carbone, d’hydrogène et d’azote. Lorsqu’elle est frappée par la lumière du soleil, elle produit un phénomène inhabituel : les liaisons entre ses atomes sont réarrangées et elle se transforme en une nouvelle version énergétique (un isomère).

L’énergie du soleil est ainsi capturée entre les fortes liaisons chimiques de l’isomère et y reste même lorsque la molécule se refroidit à la température ambiante. Pour accéder à l’énergie stockée, le fluide est simplement passé à travers un catalyseur qui ramène la molécule à sa forme originale, libérant de l’énergie sous forme de chaleur. Les résultats ont été publiés dans la revue Energy & Environmental Science.

Sur le même sujet : Les bâtiments pourraient bientôt générer leur propre énergie grâce à des fenêtres solaires transparentes

« L’énergie contenue dans cet isomère peut maintenant être stockée jusqu’à 18 ans » déclare Kasper Moth-Poulsen, chercheur en nanomatériaux à l’université de Chalmers. « Et lorsque nous extrayons l’énergie et l’utilisons, nous obtenons une augmentation de chaleur supérieure à nos prédictions ».

Un fluide moléculaire pour stocker et restituer l’énergie solaire à la demande

Un prototype du système énergétique, placé sur le toit d’un bâtiment universitaire, a mis le nouveau fluide à l’épreuve et selon les chercheurs, les résultats ont retenu l’attention de nombreux investisseurs. Le dispositif d’énergie renouvelable sans émissions se compose d’un réflecteur concave avec un tuyau au centre, qui suit le soleil comme une sorte de parabole satellite.

cycle fonctionnement fluide moleculaire

Le système fonctionne de manière circulaire, captant, stockant et relâchant l’énergie solaire sans aucune émission et sans endommager la molécule. Crédits : Chalmers University of Technology

Le système fonctionne de manière circulaire. En pompant à travers des tubes transparents, le fluide est chauffé par la lumière du soleil, transformant la molécule de norbornadiène en son isomère piégeur de chaleur, le quadricyclane. Le fluide est ensuite stocké à température ambiante avec une perte d’énergie minimale.

Lorsque l’énergie doit être restituée, le fluide est filtré à travers un catalyseur spécial qui reconvertit les molécules en leur forme originale, réchauffant le liquide de 63 °C. L’objectif est que cette chaleur puisse être utilisée pour les systèmes de chauffage domestiques comme ceux du chauffe-eau, du lave-vaisselle, du sèche-linge et bien plus encore.

fonctionnement energie fluide moleculaire

Schéma récapitulant le fonctionnement circulaire du fluide moléculaire, avec un graphe précisant les transitions thermodynamiques entre la molécule de norbornadiène (NBD) et son isomère (quadricyclane, QC). Crédits : Zhihang Wang et al. 2018

Les chercheurs ont soumis le fluide à ce cycle plus de 125 fois, en captant de la chaleur et en la réinsérant sans dommage significatif pour la molécule. « Nous avons réalisé de nombreuses avancées cruciales récemment, et nous disposons aujourd’hui d’un système énergétique sans émissions qui fonctionne toute l’année » affirme Moth-Poulsen.

Après une série de développements rapides, les chercheurs affirment que leur fluide peut désormais contenir 250 wattheures d’énergie par kilogramme, le double de la capacité énergétique des batteries Powerwall de Tesla. Mais il reste encore beaucoup à faire. Avec les bonnes configurations moléculaires, les chercheurs pensent qu’ils peuvent obtenir encore plus de chaleur de ce système, au moins 110 °C de plus.

« Il reste beaucoup à faire. Nous venons tout juste de faire fonctionner le système. Nous devons maintenant nous assurer que tout est conçu de manière optimale » conclut Moth-Poulsen. Si tout se passe comme prévu, le chercheur pense que la technologie pourrait être disponible pour une utilisation commerciale d’ici 10 ans.

Source : Energy & Environmental Science

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.