Greentech : le stockage d’énergie conduit la chaleur 100 fois mieux avec le métal liquide

Qu’il s’agisse de la production d’acier, de béton ou de verre : la production industrielle consomme plus de 20 % des besoins énergétiques totaux de l’Allemagne. À ce jour, 90 pour cent des sources fossiles ont été utilisées à cette fin. Dans le but de mieux utiliser les énergies renouvelables dans ces processus, des chercheurs de l’Institut technologique de Karlsruhe (KIT) travaillent sur un dispositif de stockage de chaleur à haute température unique au monde utilisant la technologie du métal liquide.

Les métaux liquides extrêmement conducteurs pourraient être chauffés à plus de 700 degrés Celsius grâce à l’électricité verte et stocker de manière flexible la chaleur industrielle. Du 22 au 26 avril 2024, les chercheurs présenteront une réplique de leur dispositif de stockage d’énergie sur le stand KIT d’Energy Solutions (hall 13, stand C76) à la foire de Hanovre.

Le stockage thermique à haute température est actuellement développé dans le monde entier pour fournir aux entreprises dont la production est gourmande en ressources une chaleur indépendante des fluctuations de l’énergie provenant de sources renouvelables. Pour ces systèmes de stockage, l’électricité est d’abord convertie en chaleur et stockée. La chaleur est ensuite utilisée selon les besoins, par exemple lorsque l’électricité est plus chère et que les processus de fabrication doivent se poursuivre. Pour de nombreuses entreprises, le principe s’applique : plus la température de stockage est élevée, mieux c’est, car cela réduit la quantité d’énergie supplémentaire qui serait nécessaire pour atteindre la température de production souhaitée.

Dans les usines pilotes, par exemple, on utilise des sels liquides capables de stocker des températures d’environ 550 degrés Celsius. Pour atteindre des températures encore plus élevées, on a jusqu’à présent utilisé des gaz : chauffés à l’électricité jusqu’à environ 700 degrés Celsius, ils transportent leur chaleur vers un matériau de stockage tel que l’acier, la pierre volcanique ou les scories. “Cependant, les gaz chauds ne transfèrent pas la chaleur de manière particulièrement efficace au matériau de stockage”, explique le Dr. Klarissa Niedermeier de l’Institut KIT pour la technologie et la sécurité de l’énergie thermique.

Les métaux liquides transportent parfaitement la chaleur

Avec son équipe, elle travaille sur une solution inédite pour le domaine des hautes températures : un accumulateur de chaleur dans lequel du plomb-bismuth est utilisé. «La conductivité thermique de ce mélange de métaux liquides est jusqu’à 100 fois supérieure à celle des autres fluides caloporteurs utilisés pour le stockage», explique Niedermeier.

L’accumulateur de chaleur à haute température est testé dans un circuit : dans un réservoir en acier, le plomb-bismuth chauffé s’infiltre entre des billes de céramique petites d’environ deux millimètres, auxquelles il libère de la chaleur. Si la chaleur est à nouveau nécessaire, le métal liquide alors « froid » passe à nouveau à travers les billes et se réchauffe dessus.

Lors de simulations réalisées au laboratoire de métaux liquides KALLA de KIT, Niedermeier et son équipe ont montré que l’utilisation de métal liquide peut rendre le chargement et le déchargement du stockage plus efficaces, en particulier si un lit très compact est utilisé.

Solution efficace pour stocker la production excédentaire d’électricité verte

«Lorsque le métal liquide est chauffé avec de l’électricité provenant de sources renouvelables, les entreprises disposent d’une solution efficace pour atténuer les fluctuations de l’approvisionnement en électricité provenant de sources renouvelables et pour stocker l’énergie propre facilement, à moindre coût, rapidement et à des températures aussi proches que possible de celles de l’énergie propre. procédés industriels », précise le chercheur.

Le processus présente un énorme potentiel de défossilisation de l’industrie. Actuellement, 400 térawattheures de chaleur sont générés chaque année par les processus industriels en Allemagne, dont 90 % proviennent de sources d’énergie fossiles.

Selon Niedermeier, le fait que les métaux liquides n’aient pratiquement pas été envisagés pour le stockage de chaleur est principalement dû à des raisons logistiques : il n’existe que quelques circuits dans le monde pour tester de telles méthodes de stockage. Le laboratoire KALLA du KIT dispose d’un grand cycle au plomb-bismuth, qui est utilisé, entre autres, pour de nouveaux projets dans le domaine des énergies renouvelables.

Présentation du stockage de chaleur à haute température à la Hannover Messe 2024

Au salon de Hanovre, l’équipe présente une réplique de son dispositif de stockage de chaleur, qui fait environ la moitié de la taille du dispositif de stockage expérimental réel du KIT.

Celui-ci est conçu pour 100 kilowattheures de chaleur et a jusqu’à présent été testé en laboratoire à des températures allant jusqu’à 400 degrés Celsius : « Il s’agit du premier accumulateur de chaleur en métal liquide de ce type au monde avec une telle capacité. Notre objectif est de montrer que le principe fonctionne et présente un grand potentiel», déclare Klarissa Niedermeier. (euh)

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