Partout dans le monde, des équipes de chercheurs travaillent sur de nouvelles technologies de stockage de l’électricité. Une des plus prometteuse est le « Soleil dans une boite », développé par les chercheurs du MIT. Le principe : transformer l’électricité renouvelable en chaleur, pour chauffer à blanc du silicium. Et se servir, plus tard, de la lumière émise par ce métal pour produire de l’électricité. Présentation.

Nous avons présenté, dans la première partie de notre étude, une technologie mise au point par des chercheurs suédois, qui permet stocker l’énergie du solaire dans un fluide – jusqu’à 18 ans, sans déperdition d’énergie.

Une technologie découverte en voulant améliorer les centrales solaires à concentration

Pour découvrir le “soleil dans une boite” (“sun in a box”), traversons l’Atlantique, et retrouvons un des centres de recherche les plus productifs dans le domaine du stockage, le MIT, le Massachusetts Institute of Technology, à Cambridge, sur la côte est des Etats-Unis. Cette technologie utilise de grands réservoirs de silicium, fondu à blanc par l’électricité produite par une source renouvelables.

A l’origine, l’équipe d’Asegun Henry cherchait à améliorer les capacités de stockage des centrales solaires thermodynamiques à concentration – ces immenses réservoirs de sels fondus qui, chauffés à 540 °C, capturent l’énergie produite par le soleil et peuvent la convertir en électricité à la demande.

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« Cette technologie existe depuis un moment, mais, en l’état, son coût ne peut pas être suffisamment réduit pour concurrencer le gaz naturel. Il fallait donc faire fonctionner cette technologie à des températures beaucoup plus élevées, de sorte que l’on puisse utiliser un moteur thermique plus efficace et réduire les coûts » expose Henry.

Le coup de génie : utiliser du silicium fondu

Les chercheurs se sont donc mis en quête d’un autre matériaux que les sels : au-delà d’une certaine température, ces derniers corrodent inévitablement tout réservoir, même dans le matériaux le plus solide. Ils se sont tournés vers les métaux fondus. Après plusieurs essais, ils ont opté pour le silicium, qui a le double avantage d’être le métal le plus abondant sur terre et de supporter des températures dépassant les 2 200 °C.

Restait un problème de taille : pour stocker de l’énergie avec du silicium fondu, il fallait mettre au point une pompe capable de résister à une telle chaleur, pour pouvoir pomper ce silicium liquide. Les chercheurs du MIT y sont parvenus. Entrant, au passage, dans le Livre des Records : ils ont conçu la pompe à la plus haute tolérance thermique du monde !

Un système de stockage qui fonctionne pour toute énergie électrique

Une fois cette pompe créée, les chercheurs ont pu l’intégrer dans un dispositif de stockage de l’énergie. La bonne nouvelle, c’est que cette pompe et ce silicium fondu, peuvent certes être utilisés dans les centrales solaires à concentration et en augmenter le rendement, mais qu’ils sont aussi la base d’une technologie de stockage compatible avec toute forme d’électricité, quelle que soit son origine. Notamment photovoltaïque ou avec éolienne.

Ils l’ont baptisé TEGS-MPV (pour Thermal Energy Grid Storage Using Multijunction Photovoltaics, « stockage par énergie thermique utilisant des cellules photovoltaïques à jonctions multiples »).

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Chauffer le silicium à blanc, et le conserver dans un réservoir isolé

Ce TEGS-MPV consiste en deux grands réservoirs en graphite, de 10 mètres de larges, à l’isolation thermique quasi parfaite. Le silicium liquide peut basculer de l’un à l’autre ; le premier est le réservoir « froid », où le métal fondu est conservé à une température de 1 930 °C, le second est le réservoir « chaud », à 2 370°C. Le tuyau reliant les deux réservoirs est équipé de tubes qui peuvent être exposés à chaleur.

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Le principe : au début d’un cycle de stockage, le silicium est dans le réservoir « froid ». Si de l’électricité est produite en surplus, elle est convertie en énergie thermique, qui chauffe les tubes. Le silicium traverse alors cette rangée de tubes il monte fortement en température, jusqu’à 2 370°C – devenant blanc. Il est alors déversé dans le réservoir « chaud ».

 

Une électricité photovoltaïque produite par de la lumière : « un soleil dans une boîte »

L’isolation des réservoirs permet de conserver cette chaleur pendant de très longues durées, quasiment sans déperdition. Si le réseau électrique a besoin d’électricité, le silicium liquide chauffé à blanc passe du réservoir « chaud » vers une nouvelle rangée de tubes transparent. Le métal émet une lumière extrêmement forte. Ce rayonnement lumineux est alors capté par des cellules photovoltaïques, qui le transforment en électricité.

Cela revient à piéger de l’énergie sous forme de chaleur, puis la libérer sous forme d’énergie lumineuse, qui est retransformée en électricité. Comme si on faisait fonctionner, à la demande, un petit soleil : « Le surnom de notre système de stockage est « Un soleil dans une boîte ». Il a été inventé par notre collègue Shannon Yee de Georgia Tech.C’est fondamentalement une source de lumière extrêmement intense qui est contenue dans une boîte qui retient la chaleur » expose Henry.

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Un coût et un encombrement réduits, pour le stockage de grande capacité

Cette technologie pourrait permettre, à l’aide d’un seul TEGS-MPV, de stocker assez d’énergie pour fournir en électricité une ville de 100 000 habitants, lui permettant de ne fonctionner qu’avec des énergies renouvelables. Le coût total serait environ 50% de celui d’une STEP, et bien inférieur aux batteries Lithium-Ion – et sans impact environnemental, car aucun matériau utilisé n’est toxique ou polluant.

Bien entendu, cette technologie est très loin d’une industrialisation. Il faut encore la tester à échelle réelle. Vérifier que les solutions développés par l’équipe d’Henry pour répondre aux soucis techniques rencontrés tiennent dans le temps. Il faudra de longues années avant qu’elle puisse se développer largement. Mais elle est, en tous les cas, extrêmement prometteuse.

 

 

 

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