Les batteries thermiques, le stockage du futur?
Comment allons-nous réussir à stocker efficacement les énergies vertes? L'énergie stockée dans la chaleur pourrait être la clé pour lancer la transition vers les énergies renouvelables.
La batterie lithium-ion présente encore trop d’inconvénients
La transition vers les énergies renouvelables a fait un nouveau pas en avant le mois dernier grâce aux progrès réalisés dans un nouveau type de batterie. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et du National Renewable Energy Laboratory ont constaté une augmentation de l'efficacité de la production d'électricité à partir d'une batterie thermique, qui stocke l'énergie sous forme de chaleur. Cette découverte pourrait changer la donne pour l'avenir de l'énergie solaire et éolienne.
En effet, la demande d'énergie peut être plus forte lorsque l'énergie solaire est en sommeil pendant la nuit ou quand les éoliennes sont à l’arrêt. Une certaine forme de système de stockage de l'énergie est donc nécessaire pour maintenir une alimentation électrique régulière et fiable à partir de ces énergies renouvelables.
Si la batterie lithium-ion (Li-ion) est prometteuse (elle est déjà énormément utilisée dans les véhicules électriques et les téléphones cellulaires, par exemple), cette technologie présente encore plusieurs inconvénients. Le lithium nécessaire à la fabrication des batteries Li-ion est principalement extrait en Amérique du Sud, par des méthodes qui consomment beaucoup d'eau et nuisent aux écosystèmes locaux.
Un autre matériau important, le cobalt, provient principalement de régions instables comme la République démocratique du Congo, ce qui suscite des inquiétudes quant aux perturbations de la chaîne d'approvisionnement. Bien que le coût des batteries Li-ion ait chuté au cours de la dernière décennie, leur prix reste excessif dans l'éventualité d'une refonte complète du système énergétique, ce qui est l'objectif des partisans du « zéro émission ».
La batterie thermique serait entièrement recyclable
Une batterie thermique peut utiliser l'excédent d'énergie produit par les journées claires et venteuses pour chauffer certains matériaux à des températures extrêmement élevées. Cette chaleur stockée est ensuite libérée selon les besoins et convertie en électricité. « Les batteries thermiques sont essentiellement de grandes batteries rechargeables pour le réseau électrique », a expliqué à The Weather Network (TWN) le professeur Asegun Henry, ingénieur mécanicien du MIT ayant participé à la recherche.
« Leur objectif est de pouvoir stocker un excédent d'énergie renouvelable, lorsque le temps est favorable, qui peut être renvoyé sur le réseau en cas de demande », a ajouté M. Henry. « Ils fonctionnent en convertissant l'électricité en chaleur à très haute température, transportée par du métal liquide et stockée dans des blocs de graphite bon marché. Les blocs conservent la chaleur jusqu'à ce qu'il y ait une demande sur le réseau. »
La première batterie thermique a été mise en ligne en 2018, lorsque l'entreprise sud-australienne CCT Energy Storage a mis en marche son dispositif d'énergie thermique (TED). Le TED fonctionne en utilisant l'énergie excédentaire pour chauffer le silicium jusqu'à ce qu'il arrive à son « point de changement de phase. » À ce point critique, « lorsqu'une énergie supplémentaire est appliquée, elle n'augmente pas la température, mais fait passer la substance d'un solide à un liquide ou un gaz. » Cette énergie, générée par le changement de phase, peut être stockée à « plus de 12 fois la densité énergétique d'une batterie au plomb », selon CCT Energy Storage.
Parmi les autres technologies de batteries thermiques, on trouve un système conçu par la société suédoise Texel, qui, selon elle, ne contiendrait aucunes ressources minérales rares, serait entièrement recyclable et ne présenterait aucun problème de dégradation. Il existe également des projets d'EnergyNest, une entreprise norvégienne, dans lesquels la chaleur excédentaire des usines d'acier ou de béton est stockée et réutilisée.
Les batteries thermiques sont modulaires et flexibles pour répondre aux besoins en stockage (EnergyNest)
Principal avantage : le coût!
En attendant, les recherches du MIT portent sur le composant qui convertit en électricité les photons émis par la source de chaleur. Cette cellule « thermophotovoltaïque » (TPV) fonctionne comme une cellule photovoltaïque dans un panneau solaire, qui transforme les rayons du soleil en électricité. « L'énergie est transférée à l'aide de métal liquide vers un convertisseur TPV. Le TPV convertit une partie de la lumière émise par la tuyauterie chauffée à blanc en électricité, qui est ensuite acheminée vers le réseau » a expliqué M. Henry.
Les travaux de M. Henry et de ses collègues ont permis d'améliorer considérablement l'efficacité de la technologie TPV, qui est passée de 32 % à plus de 40 % lors des essais du MIT. Ce gain d'efficacité réduit l'écart avec les batteries Li-ion, faisant de cette technologie une solution de rechange légitime - et bien moins chère - aux Li-ion. « Le principal avantage des batteries thermiques est leur coût », a déclaré M. Henry. « Les batteries lithium-ion à l'échelle du réseau coûtent plus de 300 $/kWh, alors que les batteries thermiques devraient coûter moins de 10 $/kWh, ce qui est suffisamment bon marché pour permettre un réseau entièrement renouvelable. »
Des chercheurs de MIT et du National Renewable Energy Laboratory (NREL) veulent incorporer des cellules thermophotovoltaïques pour convertir la chaleur en électricité (Felice Frankel)
Bien que M. Henry considère la transition du réseau électrique mondial comme une entreprise de plusieurs décennies, le moment est venu pour l'énergie thermique. « C'est la pièce essentielle », a déclaré Henry. « Le solaire et l'éolien sont suffisamment bon marché. Nous avons juste besoin d'un stockage bon marché pour permettre le remplacement complet des centrales électriques à combustibles fossiles. » Il a ajouté : « Je crois que notre technologie sera la réponse. »
Adaptation d'un article de Neil Ever Osborne iet M.A. Jacquemain de TWN. L'image d'en-tête montre les tuyaux qui courent le long des batteries thermiques (EnergyNest)
