En Allemagne, 55 % de la consommation finale d'énergie est consacrée au chauffage et au refroidissement. Cependant, une grande partie de la chaleur se dissipe inutilisée car elle n'est pas générée au fur et à mesure des besoins. Le stockage thermique utilisant un matériau zéolithique permet de stocker la chaleur pendant de longues périodes sans en perdre. Les chercheurs de Fraunhofer travaillent actuellement à l'amélioration significative de la conductivité thermique des zéolithes.

De nombreuses toitures abritent aujourd'hui des capteurs solaires qui alimentent les habitations en eau chaude. Cela fonctionne assez bien en été; cependant, la demande de chauffage culmine en hiver lorsque les maisons ont besoin de chauffage. Le stockage thermique doit donc pouvoir stocker une partie de la chaleur excédentaire pour une utilisation ultérieure. Traditionnellement, de grands réservoirs d'eau ont été utilisés à cette fin; l'eau est chauffée dans ces réservoirs et la chaleur est alors directement stockée sous forme de chaleur. Le problème avec cette méthode est que de gros volumes sont nécessaires, et malgré une bonne isolation, la chaleur est également perdue. En revanche, le stockage thermochimique permet de conserver l'énergie thermique produite en été pour une utilisation en hiver froid. Les zéolites sont l'une de ces solutions de stockage. Contrairement à l'eau, les zéolites ne stockent pas la chaleur directement - au lieu de cela, la chaleur élimine l'eau qui est stockée dans le matériau. A l'état énergétique, les zéolithes sont donc complètement sèches; inversement, lorsque la vapeur d'eau traverse les pastilles, la chaleur est libérée. L'avantage de ceci est que l'énergie n'est pas stockée sous forme de chaleur accrue mais sous forme d'état chimique. Cela signifie que la chaleur n'est pas perdue pendant le stockage à long terme. Il y a un inconvénient :les zéolithes ont une mauvaise conductivité thermique, ce qui rend difficile le transfert de la chaleur de l'échangeur de chaleur au matériau et inversement.

Revêtement avec de l'aluminium

Une équipe de chercheurs de l'Institut Fraunhofer d'électronique organique, Electron Beam et Plasma Technology FEP ont maintenant résolu ce problème grâce à leurs travaux sur le projet ZeoMet. « Nous avons enduit les pastilles de zéolite d'aluminium, ce qui a doublé la conductivité thermique après seulement la première tentative sans impact négatif sur l'adsorption et la désorption de l'eau. Nous visons actuellement à augmenter cette conductivité de cinq à dix fois en ajustant les revêtements, " dit le Dr Heidrun Klostermann, Chef de projet chez Fraunhofer FEP. Bien que cela semble relativement simple, cela pose en fait des défis considérables. Cela signifie que pour un litre de granulés d'une granulométrie de cinq millimètres de diamètre, environ dix mille de ces minuscules pastilles doivent être uniformément recouvertes d'aluminium. Pour une granulométrie d'un millimètre, cela représente un million de pellets d'une surface totale de 3,6 m ² . Plus le grain est petit, plus le processus est difficile. Cependant, des grains plus petits augmentent également la densité de puissance spécifique des systèmes de stockage thermique. Afin d'obtenir une conductivité thermique suffisante, la couche doit également avoir des dizaines de micromètres d'épaisseur - pour les procédés de revêtement sous vide, c'est beaucoup plus épais que la norme.

Néanmoins, les chercheurs ont relevé ces défis. Faire cela, ils se sont tournés vers l'évaporation thermique, moyennant quoi le fil d'aluminium est alimenté en continu sur une plaque en céramique chauffée sous vide, où l'aluminium est évaporé et déposé sur les granulés sous forme d'une couche d'aluminium. Les plombs doivent être continuellement mis en circulation dans un baril afin qu'ils soient tous recouverts uniformément. "La principale difficulté résidait dans l'enrobage des granulés pendant qu'ils roulaient ainsi que dans l'assurance que l'enrobage était appliqué uniformément à un degré suffisant, " déclare Klostermann. " L'excellente collaboration de nos ingénieurs, physiciens et mécaniciens de précision a été le principal atout pour nous aider à y parvenir. »

Également une option pour le refroidissement

Les zéolites ne sont pas seulement une bonne méthode de stockage thermique :elles peuvent également aider à fournir un refroidissement pour un usage domestique aux côtés de capteurs solaires ainsi que pour des applications mobiles. Par exemple, dans les véhicules utilitaires, la chaleur perdue du groupe motopropulseur pourrait être utilisée pour la climatisation dans le cadre d'un cycle thermochimique. Du point de vue des chercheurs du Fraunhofer FEP, les matériaux hybrides utilisés pour cela présentent de nouveaux défis. Par conséquent, les scientifiques cherchent à renforcer leurs liens avec les développeurs de matériaux et les ingénieurs systèmes de la recherche et de l'industrie, dans l'espoir de faire progresser des solutions pour l'approvisionnement flexible en chauffage et en refroidissement.