Des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) des États-Unis ont développé une technologie qui révèle comment les appareils de chauffage alimentés par des sources d'énergie renouvelables comme l'énergie éolienne et solaire peuvent augmenter la température des particules de sable, qui peuvent ensuite être déposées dans des silos pour être stockées et utilisées ultérieurement.
La technologie brevetée est basée sur le stockage d'énergie thermique, ou TES, qui utilise normalement des sels fondus ou même des roches surchauffées pour stocker l'énergie et s'avère prometteuse comme alternative peu coûteuse aux solutions de stockage existantes.
Un prototype à l'échelle du laboratoire a validé la technologie et a permis aux chercheurs de créer un modèle informatique montrant qu'un appareil à l'échelle commerciale conserverait plus de 95 % de sa chaleur pendant au moins cinq jours.
« Les batteries au lithium-ion ont vraiment accaparé le marché avec deux à quatre heures de stockage, mais si nous voulons atteindre nos objectifs de réduction des émissions de carbone, nous aurons besoin de dispositifs de stockage d'énergie de longue durée, capables de stocker de l'énergie pendant plusieurs jours », Jeffrey Gifford , un chercheur postdoctoral au NREL impliqué dans le développement, a déclaré dans un communiqué aux médias.
« Le stockage de l'énergie thermique des particules ne repose pas sur des métaux ou des matériaux de terres rares dont les chaînes d'approvisionnement sont complexes et non durables. Par exemple, dans le domaine des batteries lithium-ion, il existe de nombreuses histoires sur le défi d’une extraction plus éthique du cobalt.
En plus du TES, l'expertise de Gifford concerne la dynamique des fluides computationnelle. Cette connaissance est importante car le sable doit circuler à travers le dispositif de stockage. D'autres supports TES comprennent le béton et les roches, qui peuvent facilement retenir la chaleur tout en restant solidement en place.
« Votre transfert de chaleur est bien plus élevé, beaucoup plus rapide et bien plus efficace si vous déplacez vos supports », a déclaré Gifford.
Moindre coût
TES présente également un autre avantage clé : le coût. Le chercheur en chef Zhiwen Ma a calculé que le sable est l'option de stockage d'énergie la moins chère par rapport à quatre technologies concurrentes, notamment le stockage d'énergie à air comprimé (CAES), l'hydroélectricité pompée et deux types de batteries.
Le CAES et l’hydroélectricité pompée ne peuvent stocker l’énergie que pendant des dizaines d’heures. Le coût par kilowattheure pour le CAES varie de 150 à 300 dollars, tandis que pour l'hydroélectricité pompée, il est d'environ 60 dollars. Une batterie lithium-ion coûterait 300 dollars le kilowattheure et n’aurait qu’une capacité de stockage d’énergie d’une à quatre heures. Avec une durée de plusieurs centaines d'heures, le sable comme support de stockage coûterait entre 4 et 10 dollars le kilowattheure. Pour garantir un faible coût, la chaleur serait produite à partir d’électricité hors pointe et à bas prix.
Les sels fondus sont déjà utilisés pour stocker temporairement de l'énergie, mais ils gèlent à environ 220 degrés Celsius et commencent à se décomposer à 600 degrés Celsius. Le sable que Ma a l'intention d'utiliser provient du sol du Midwest des États-Unis, n'a pas besoin d'être protégé du « gel » et peut retenir beaucoup plus de chaleur, de l'ordre de 1 100 °C, ce qui permet de stocker la chaleur pour la production d'électricité. ou pour remplacer la combustion de combustibles fossiles pour le chauffage industriel.
« Cela représente une nouvelle génération de stockage au-delà du sel fondu », a déclaré Ma.
En revanche, augmenter la quantité d’énergie pouvant être stockée dans le sable est aussi simple que d’ajouter plus de sable.
« C'est un coût marginal pour ajouter une capacité de stockage supplémentaire », a déclaré Craig Turchi, qui participe également à la recherche. « Nous avons besoin d’un stockage allant de quelques minutes à plusieurs mois. Les batteries ont très bien fonctionné dans l'espace de quelques minutes à quelques heures en termes d'évolutivité. Et lorsque vous passez des mois à stocker, vous envisagez généralement de fabriquer un carburant comme l'hydrogène pour assurer ce stockage à long terme. Mais entre plusieurs heures et deux semaines, il n’y a pas de bonne adéquation pour le moment. L’hydrogène est trop cher pour cela. Les batteries sont trop chères pour ça.
Les composants nécessaires pour reconvertir le sable surchauffé en électricité nécessitent un coût initial. « Mais une fois que vous avez payé cela », a déclaré Turchi, « si vous voulez simplement avoir plus de durée de vie pour votre énergie, il est beaucoup, beaucoup moins cher d'ajouter plus de sable que l'alternative, qui consiste à continuer d'ajouter des batteries. »
