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    Stockage chimique des énergies renouvelables

    Stocker l'énergie d'origine renouvelable, c'est l'un des enjeux de la transition énergétique. Crédit :Pascal Armbruster, TROUSSE

    En 2050, 80% de l'énergie électrique en Allemagne doit être basée sur des ressources renouvelables. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de stocker l'énergie électrique sous forme de vecteurs d'énergie chimiques. Dans le cadre du programme prioritaire "Catalyseurs et réacteurs en conditions dynamiques de stockage et de conversion d'énergie" (SPP 2080, DynaKat) financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG), douze grands consortiums de recherche étudient le comportement des systèmes de réaction catalytique dans de telles conditions. Le programme prioritaire est coordonné par le Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

    En dehors de la biomasse, le soleil et le vent sont les principaux vecteurs d'énergie renouvelable, mais leur disponibilité fluctue considérablement. Les jours de vent et de soleil, la quantité d'énergie électrique produite dépasse la quantité qui peut être injectée dans le réseau. Cette surproduction d'énergie éolienne et d'installations photovoltaïques peut être stockée dans des produits chimiques. Plus tard, l'énergie électrique peut être à nouveau disponible ou les produits chimiques peuvent être utilisés comme matières premières durables pour la production de carburants ou de molécules plateformes pour l'industrie chimique.

    Pour la conversion du dioxyde de carbone ou de l'hydrogène en molécules de stockage d'énergie, comme le méthane, hydrocarbures, ou des alcools, catalyseurs, cellules électrochimiques, et des réacteurs sont nécessaires. Cependant, l'influence des conditions externes dynamiques sur les systèmes de réaction catalytique, par exemple causé par la fluctuation de l'énergie éolienne et solaire, n'a guère été étudiée jusqu'à présent. "Mais nous savons que la structure des catalyseurs solides et, Par conséquent, leur activité catalytique peut varier considérablement dans des conditions de réaction changeantes. C'est un sujet scientifique très passionnant, " déclare le professeur Jan-Dierk Grunwaldt des instituts de technologie chimique et de chimie des polymères (ITCP) et de recherche et technologie de la catalyse (IKFT) du KIT. Le titulaire de la chaire de technologie chimique et de catalyse coordonne le programme prioritaire DFG SPP2080 DynaKat dans lequel, en dehors de KIT, un certain nombre d'instituts de recherche renommés de toute l'Allemagne sont impliqués, comme le Forschungszentrum Jülich, TU Munich, et plusieurs Instituts Max Planck, dont l'Institut Fritz Haber de Berlin. La réunion de lancement avec plus de 70 participants a eu lieu à Karlsruhe en février de cette année. Les douze interdisciplinaires, les projets de recherche à l'échelle nationale sont divisés en 34 sous-projets. Sept de ces sous-projets sont exécutés par des instituts KIT, à savoir, ITCP, IKFT, et l'Institut de micro-ingénierie des procédés (IMVT). DFG financera le programme prioritaire DynaKat prévu pour une durée de six ans avec 8,5 millions d'euros pour trois ans initialement. L'institution qui a attiré le plus grand nombre de projets au sein du SPP2080 est le KIT.

    Représentation schématique et aperçu des activités du programme prioritaire 2080 :les énergies renouvelables sont utilisées pour produire des produits chimiques et des carburants à partir de dioxyde de carbone et d'eau par électrolyse et conversion catalytique. Crédit :Groupe Grunwaldt, TROUSSE

    « Nous voulons comprendre puis optimiser les matériaux catalytiques pour être efficacement utilisés dans des conditions dynamiques, " dit le Dr Erisa Saraçi, scientifique senior à l'IKFT et co-organisateur de la réunion de lancement au KIT. Dans ce but, tous les procédés sont étudiés depuis les phénomènes au niveau atomique du catalyseur jusqu'à la distribution spatiale des concentrations de charge et aux variations de température au niveau du réacteur. Pour une compréhension de base des processus et du développement de nouveaux matériaux et conceptions de réacteurs, classique, les expériences établies ainsi que les dernières méthodes spectroscopiques et approches de modélisation sont appliquées.

    L'intégration des chercheurs en début de carrière joue un rôle important dans le programme prioritaire DynaKat DFG. Chez KIT, un cours bloc « Technologies et ressources pour les énergies renouvelables :de l'éolien et du solaire aux vecteurs d'énergie chimique » est organisé pour les étudiants et doctorants intéressés. "Dans la recherche, vous n'avancerez pas sans travail en réseau et en équipe, comme les sous-disciplines individuelles sont très complexes, " dit Sébastien Weber, chercheur doctorant de l'IKFT/ITCP. Saraçi et Weber soulignent tous deux l'importance de l'échange et de la combinaison d'expertises interdisciplinaires. "Il s'agit de regrouper les compétences et de faire progresser le sujet en Allemagne afin d'atteindre une position de leader au niveau international, ", explique le coordinateur du programme Grunwaldt.


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