Un système de chauffage ancien peut-il devenir un système de stockage d’énergie de nouvelle génération ?
Le paysage énergétique mondial se transforme profondément alors que le monde s’efforce de se diriger vers des sources d’énergie durables. Le stockage d’énergie est devenu nécessaire pour soutenir l’adoption des énergies renouvelables. Pourtant, les méthodes de stockage traditionnelles, telles que les batteries lithium-ion et l’hydroélectricité par pompage, présentent des limites en termes de coût, d’évolutivité et d’impact environnemental.
Alors que les chercheurs tentent de relever ces défis, ils recherchent de plus en plus des solutions novatrices, y compris la réinvention de technologies anciennes pour des applications modernes. Une étude de l’Université de Stanford propose d’utiliser des briques réfractaires pour stocker l’énergie thermique plutôt que l’énergie électrique. Cette méthode pourrait offrir une solution pour le stockage d’énergie sans carbone.
A brick oven. Image utilisée avec la permission de Adobe Stock
Le stockage : le maillon manquant
Les industries nécessitent souvent des températures élevées pour la fabrication, telles que 1 300 °C pour la production de ciment et 1 000 °C ou plus pour la fabrication de verre, de fer et d’acier. En conséquence, environ 17 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone proviennent de la combustion de combustibles fossiles pour le chauffage industriel. Heureusement, une réduction quasi complète peut être réalisée en utilisant de l’électricité provenant de sources renouvelables pour toute la chaleur de processus, mais cela nécessite un stockage d’énergie pour contrer la variabilité de la production d’énergie renouvelable.
Historiquement, les batteries lithium-ion ont dominé le paysage du stockage d’énergie, mais leurs coûts élevés, les préoccupations environnementales liées à l’exploitation minière et à la production, et leur évolutivité limitée ont poussé les chercheurs à explorer des technologies alternatives. Le stockage d’hydrogène et le stockage thermique souterrain ont été proposés comme solutions potentielles, mais chacune présente des obstacles techniques et économiques. Par exemple, en cas d’ignition, une fuite dans un stockage d’hydrogène peut entraîner de graves effets de chaleur et de surpression sur les personnes et les structures environnantes. Dans le stockage thermique souterrain, le coût initial de forage et d’infrastructure est élevé, et l’efficacité dépend de la géologie locale, ce qui peut limiter sa faisabilité dans certaines régions.
La recherche de solutions de stockage d’énergie plus durables et abordables a conduit les chercheurs à revisiter et à réinventer des technologies anciennes, à la recherche de solutions susceptibles d’être facilement mises en œuvre à l’échelle mondiale.
La solution de stockage par briques réfractaires
Récemment, une étude révolutionnaire publiée dans PNAS Nexus a révélé que les briques réfractaires, une technologie de stockage thermique ancienne, pourraient révolutionner les systèmes modernes de stockage d’énergie.
Les briques réfractaires, fabriquées à partir de matériaux simples comme la terre, stockent de la chaleur plutôt que de l’électricité et coûtent seulement un dixième des batteries conventionnelles. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que les briques réfractaires pourraient réduire de manière significative le besoin de stockage d’électricité et d’autres composants d’infrastructure coûteux.
Le chauffage par briques réfractaires remonte à des temps anciens. Les briques étaient souvent recouvertes de carrelage. Image utilisée avec la permission de Wikimedia Commons
Les chercheurs ont utilisé trois modèles : un modèle de feuille de calcul pour estimer la demande en énergie, le modèle climatique mondial GATOR-GCMOM pour prédire l’offre d’énergie renouvelable, et LOADMATCH pour faire correspondre la demande d’énergie avec l’offre et le stockage. En utilisant des simulations dans 149 pays, les chercheurs ont constaté qu’incorporer des briques réfractaires dans les processus thermiques industriels réduisait la capacité de stockage de batteries en 2050 d’environ 14,5 %, la production d’hydrogène pour l’électricité du réseau de 31 %, et le stockage de chaleur à basse température de 27,3 %.
De plus, l’utilisation de briques réfractaires a réduit la capacité nominale des éoliennes terrestres requises de 1,2 % et l’utilisation des terres de 0,4 %. Ces changements ont contribué à une diminution globale des coûts énergétiques annuels de 1,8 %. L’efficacité du système découle de la capacité des briques réfractaires à stocker de grandes quantités de chaleur à des températures élevées, avec des coûts inférieurs à un dixième de ceux du stockage par batterie par kilowatt-heure (thermique).
Briques ouvrant la voie à une énergie durable
Redécouvrir la technologie des briques réfractaires pour des applications modernes de stockage d’énergie démontre le potentiel de solutions simples et économiques pour des défis mondiaux complexes. En exploitant cette méthode ancienne, le secteur de l’énergie pourrait accélérer sa transition vers des sources renouvelables tout en répondant simultanément aux besoins des processus industriels à haute température. À l’avenir, l’intégration de cette technique de stockage thermique avec d’autres solutions de stockage émergentes pourrait créer une infrastructure énergétique plus robuste, flexible et résiliente, capable de répondre aux besoins divers d’une économie mondiale en rapide évolution.