Des matériaux plus robustes pour une énergie solaire plus performante
Alors que nous nous détournons des combustibles fossiles, les technologies des énergies renouvelables doivent se montrer plus performantes et évolutives pour répondre à l’augmentation de la demande. L’énergie solaire est l’une des ressources naturelles les plus abondantes, mais transformer la lumière du soleil en électricité ou en chaleur pose encore des problèmes. Les centrales solaires thermodynamiques(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (CSP) modernes stockent la chaleur dans des fluides tels que des sels fondus pour la convertir ensuite en électricité. Le rendement de ce processus est toutefois limité par les températures maximales que ces matériaux peuvent supporter. Pour améliorer les performances, réduire les coûts et faciliter de nouvelles applications telles que la production de combustible solaire et le recyclage à l’échelle industrielle, le secteur a besoin de technologies capables de résister à des conditions beaucoup plus exigeantes.
Des systèmes énergétiques plus performants
Le projet COMPASsCO2(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, entend relever ce défi en développant de nouveaux matériaux, des revêtements et un échangeur de chaleur qui, ensemble, pourraient permettre aux centrales solaires de fonctionner à 700 °C et d’atteindre un bien meilleur rendement. Le cycle de Brayton, un système de conversion énergétique largement utilisé dans les moteurs à réaction et les turbines à gaz, est au cœur du système. Dans un cycle de Brayton, un fluide de travail est comprimé, chauffé, puis détendu par une turbine pour produire de l’énergie. «Au lieu de nous appuyer sur de la vapeur comme fluide de travail, nous utilisons du dioxyde de carbone supercritique (s-CO2), un état fluide du dioxyde de carbone qui offre des propriétés exceptionnelles en combinant le comportement des gaz et des liquides», explique le coordinateur du projet, Daniel Benitez.
Des particules et alliages robustes pour des conditions extrêmes
Le consortium a produit des particules solides à partir de matériaux recyclés provenant de l’industrie sidérurgique pour servir de support de transfert et de stockage de la chaleur. Recouvertes de matériaux à haute absorption solaire, ces particules peuvent résister à la chaleur extrême et à l’érosion, garantissant ainsi des performances fiables à long terme. Les particules sont complétées par de nouveaux superalliages à base de chrome(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) conçus pour résister à l’oxydation et à la corrosion à des températures et des pressions extrêmes. Contrairement aux coûteux alliages de nickel, les nouveaux alliages de chrome constituent une option plus abordable et plus évolutive pour les applications dans le domaine de l’énergie solaire et peuvent être utilisés comme revêtements sur des matériaux de pointe moins résistants. Le prototype d’échangeur de chaleur a été testé avec succès, confirmant sa durabilité avec des particules à plus de 700 °C et un s-CO₂ à plus de 200 bars de pression. Ces résultats valident la faisabilité technique de l’intégration de la technologie des particules aux cycles s-CO₂ dans les CSP de nouvelle génération.
Des revêtements innovants pour des applications pratiques
Avec des partenaires de projet issus de la recherche et de l’industrie, COMPASsCO2 a veillé à ce que les résultats soient utilisables dans la pratique. L’une des réalisations les plus remarquables de COMPASsCO2 est un revêtement en suspension de chrome/silicium qui présente une résistance à la corrosion à haute température et dont l’application est plus simple et moins coûteuse que les solutions conventionnelles. Ses applications vont bien au-delà de l’énergie solaire et s’étendent aux turbines. Le revêtement a déjà suscité un vif intérêt de la part de diverses parties prenantes externes et sera intégré dans la production de turbines. Les particules de FerOx sont également prêtes pour une production commerciale. L’amélioration des performances technico-économiques de l’échangeur de chaleur préparera son déploiement dans les industries européennes. «Les résultats de COMPASsCO2 représentent un changement radical pour les centrales solaires thermiques à concentration, libérant le véritable potentiel de l’énergie solaire en tant que moteur de la transition vers un avenir vert», conclut Daniel Benitez.
