Dans le cadre d’un projet pilote mené en Australie, des chercheurs testent une nouvelle méthode de stockage d’énergie solaire via une centrale solaire thermique à concentration. Leur approche utilise des particules de céramique, un matériau qui a démontré une grande résilience face aux températures élevées et une capacité à supporter de nombreux cycles de stockage et de déstockage.

L’énergie peut être stockée de diverses manières, notamment via le stockage électrochimique (batteries), mécanique (comme les stations de transfert d’énergie par pompage ou STEP), chimique (hydrogène), électrique (supercondensateurs), et thermique. Cette dernière méthode est particulièrement efficace pour stocker directement l’énergie solaire au moyen des centrales solaires thermiques à concentration dites aussi « CSP » (concentrated solar power, en anglais). Ce système utilise des miroirs qui servent à concentrer les rayons solaires sur un point focal pour créer un faisceau de très haute température. La chaleur générée est ensuite transférée et stockée dans un matériau, habituellement du sel fondu, qui possède une bonne capacité de stockage et peut conserver la chaleur jusqu’à une dizaine d’heures.

Dans le but de développer des systèmes à la fois plus rentables et plus efficaces sur le plan énergétique, des chercheurs explorent actuellement des matériaux alternatifs pour remplacer le sel traditionnellement utilisé. Parmi les différentes options étudiées, les particules de céramique se distinguent et sont actuellement expérimentées par des chercheurs australiens. Ce matériau affiche une résistance remarquable aux températures élevées et une capacité à retenir la chaleur plus longtemps, tout en supportant de nombreux cycles de chauffage et de refroidissement intenses.

Conserver la chaleur dans des particules de céramique

Dans le centre de recherche du CSIRO, l’agence de recherche scientifique australienne, une équipe expérimente le stockage d’énergie thermique avec ces particules de céramique. Dans une installation pilote à Newcastle, des tests ont montré que les particules de céramique pouvaient stocker de la chaleur de température jusqu’à 803 °C. Les chercheurs visent un objectif dépassant les 1 000 °C. Ces particules, une fois chauffées, peuvent conserver l’énergie thermique pendant 15 heures, surpassant ainsi les performances du sel, qui atteint habituellement 550 à 600 °C et retient la chaleur pendant environ 10 heures.

Il est important de noter que l’idée d’utiliser des particules de céramique pour le stockage d’énergie thermique solaire n’est pas entièrement nouvelle. Des scientifiques américains, par exemple, déjà exploré cette piste en 2015. Parallèlement, d’autres chercheurs étudient l’utilisation de matériaux alternatifs comme le sable, réputé lui aussi pour sa forte capacité à retenir la chaleur.

Des particules tombantes

En plus de l’utilisation de la céramique à la place du sel, l’équipe du CSIRO a également travaillé l’optimisation des centrales solaires thermiques. Traditionnellement, dans les CSP, le sel utilisé pour stocker l’énergie est contenu dans des tubes en acier. Cependant, une partie de la chaleur est absorbée par l’acier, ce qui réduit l’efficacité de la centrale en diminuant la quantité d’énergie thermique disponible pour le stockage et la conversion en électricité.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont conçu un mécanisme qui élimine l’utilisation de tubes en acier. Ce système utilise une trémie située au sommet de la tour solaire, où sont stockées les particules de céramique. Lorsqu’elles sont libérées, les particules tombent par gravité dans un récepteur situé plus bas. Au cours de sa chute, le matériau passe à travers le faisceau solaire concentré, gagnant ainsi rapidement de la chaleur. Selon les scientifiques, pendant cette chute, la température des particules peut passer de 500 à 800 °C.

Cette avancée technologique pourrait aider l’Australie à réduire ses émissions de gaz à effet de serre et à atteindre ses objectifs environnementaux. Le CSIRO estime qu’avec un investissement important dans les infrastructures, cette technologie pourrait répondre à jusqu’à 40 % de la demande australienne en électricité et en chauffage industriel, notamment dans les régions reculées d’ici 2050.