Pompe en céramique qui prend les promesses de chaleur Stockage de grille efficace et bon marché

Christopher Moore, Georgia Tech

Les scientifiques ont développé une pompe en céramique qui peut fonctionner à 1 400 ˚C, plusieurs centaines de degrés de plus que les systèmes de transfert de chaleur existants, ouvrant de nouvelles possibilités importantes pour le stockage de l'énergie.

Plus précisément, les auteurs du nouvelle étude , publié dans la revue La nature mercredi, pense qu'il pourrait être utilisé pour développer un système de stockage de réseau efficace qui pourrait éventuellement aider à rendre les sources renouvelables comme l'éolien et le solaire aussi bon marché et fiables que les centrales au gaz naturel (voir Serial Battery Entrepreneur's New Venture Tackles Clean Energy's Biggest Problem ).

Le système de stockage thermique en question utiliserait des métaux liquides comme le silicium fondu, ce qui permettrait le stockage et le transfert d'énergie thermique à des températures bien plus élevées que les matériaux généralement utilisés, tels que les sels fondus. Des températures plus élevées signifient qu'une plus grande quantité d'énergie thermique peut être convertie en énergie mécanique ou électrique, améliorant ainsi l'efficacité globale.

Cela nous permet maintenant de déplacer la chaleur à des températures extrêmement élevées, dit Asegun Henry , professeur adjoint au Georgia Institute of Technology. C'est un changement radical en termes de ce que vous pouvez faire.

L'intérêt pour l'utilisation de métaux liquides comme moyen de stockage de chaleur a augmenté, mais le défi a été de développer des pompes et des tuyaux qui ne se détériorent pas dans de telles conditions. La céramique peut résister à des températures incroyablement élevées, mais elle est également cassante, ce qui en fait un matériau difficile pour créer des composants de machine.

Les chercheurs de Georgia Tech, ainsi que des collaborateurs de Stanford et de Purdue, ont contourné cette limitation en tirant parti des nouveaux matériaux composites, ainsi que de l'outillage au diamant et de l'usinage de précision. Ils ont également utilisé des joints en graphite, un autre matériau qui résiste à de très hautes températures.

L'étain fondu s'écoule à 1 400 ˚C dans un laboratoire de Georgia Tech.

Le prototype de pompe mécanique a fonctionné avec succès pendant 72 heures d'affilée en utilisant de l'étain fondu, à des températures moyennes d'environ 1 200 ˚C et une température maximale de 1 400 ˚C. La pompe a montré des signes d'usure après les tests. Mais comme prochaine étape de recherche, les scientifiques développent une pompe en carbure de silicium, un matériau céramique plus dur qui devrait pouvoir durer beaucoup plus longtemps.

La recherche a été soutenue par un financement de 3,6 millions de dollars de l'ARPA-E, la division de recherche sur l'énergie moonshot du département américain de l'énergie.

Le système de stockage de réseau proposé utiliserait l'électricité provenant de l'énergie solaire, éolienne ou nucléaire pour chauffer le silicium liquide à des températures très élevées, créant ainsi de l'énergie thermique. En période de forte demande et de faible production d'énergie, comme les soirs après le coucher du soleil, le système renverrait cette énergie au réseau à l'aide de thermophotovoltaïques, un type de cellule qui peut convertir la chaleur sous forme de lumière infrarouge en électricité ( voir Cellules solaires chaudes).

Le système dit de stockage en réseau d'énergie thermique (TEGS) fonctionnerait aussi bien avec du charbon ou du gaz naturel. Mais la promesse ici est que la technologie pourrait offrir une forme de stockage de charge de base bon marché pour les énergies renouvelables, stockant suffisamment d'énergie lorsque le soleil brille et que le vent souffle pour continuer à produire de l'électricité même lorsqu'ils ne le sont pas.

À ce jour, la contribution que les sources d'énergie propres peuvent apporter a été limitée par le coût élevé des systèmes de batteries et la géographie restreinte des systèmes de stockage comme l'hydroélectricité pompée.

Les métaux liquides que la pompe à haute température rend utilisables ont également d'autres applications potentielles. Ils pourraient remplacer les sels fondus dans les systèmes d'énergie solaire à concentration, et ils pourraient permettre de nouveaux types de réacteurs nucléaires refroidis par métal (voir Making Sense of Trump's Surprising Investment in Solar).

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