Des ingénieurs de l'Université du Wisconsin-Madison mettent en lumière de nouvelles stratégies prometteuses pour le stockage de l'énergie solaire. Les efforts pourraient aider à surmonter une limitation majeure de la production d'énergie à partir de sources solaires, à savoir, comment répondre à la demande d'électricité lorsque le soleil se couche.

« Alors que les énergies renouvelables jouent un rôle plus important dans notre réseau électrique, le stockage et la livraison à la demande sont essentiels, " dit Thatcher Root, professeur au Département de génie chimique et biologique.

Les sources renouvelables représentaient près d'un quart de la production mondiale d'électricité en 2017, et la capacité d'énergie solaire a augmenté à un taux annuel d'environ 51 pour cent au cours de la dernière décennie. Malheureusement, la demande des consommateurs en électricité culmine généralement le soir, tandis que la production d'énergie solaire est plus efficace lorsque le soleil est haut dans le ciel à midi.

Cette inadéquation est la raison pour laquelle les centrales solaires ont besoin de meilleurs systèmes pour stocker l'énergie solaire, idéalement quelque chose de rentable et efficace. Intégrer le stockage de chaleur dans le système de collecte-génération peut être préférable à l'ajout de batteries ou autres, systèmes de stockage séparés.

Cette approche peut être particulièrement utile pour une technologie d'énergie renouvelable connue sous le nom d'énergie solaire à concentration (CSP), qui est actuellement utilisé dans près de 20 installations aux États-Unis. Les centrales captent la chaleur de la lumière du soleil pendant la journée et exploitent cette énergie pour générer de la vapeur afin d'alimenter une turbine pour la production d'électricité. Avec quelques précautions, l'énergie solaire collectée pendant la journée peut être stockée sous forme d'énergie thermochimique - stockée dans des liaisons chimiques - pour une utilisation nocturne.

Root et étudiante diplômée Elise Gilcher, qui est co-encadré par James Dumesic, la Chaire Ernest Micek en génie chimique et biologique, s'attaquent au problème du stockage en développant de meilleurs catalyseurs, des matériaux qui accélèrent les réactions chimiques sans être consommés et transformés en de nouveaux produits. Le travail sera également guidé par Milton J. et A. Maude Shoemaker et le professeur Beckwith-Bascom Thomas Keuch, un autre membre du corps professoral du département de génie chimique et biologique qui est mondialement connu pour ses contributions à la recherche sur la catalyse.

Certaines des centrales CSP les plus récentes utilisent du sel fondu pour stocker de l'énergie, mais les ingénieurs d'UW-Madison ont identifié des méthodes plus efficaces. Une option prometteuse pourrait être l'utilisation d'un système réversible de reformage du méthane, comme décrit dans un article publié le 13 avril, 2017, dans la revue Chimie verte . Ses auteurs incluent Xinyue Peng (un étudiant diplômé du laboratoire de Root), Racine, et le professeur Vilas Distinguished Achievement et le professeur Paul A. Elfers de génie chimique et biologique Christos Maravelias.

Le stockage thermochimique de l'énergie du méthane repose sur des catalyseurs pour assister les réactions utilisées pour stocker et libérer la chaleur, et les systèmes existants ont un problème majeur. Heures supplémentaires, accumulation de carbone à la surface des catalyseurs (processus appelé "cokage"), les rendant inutiles.

"Nous avons besoin de catalyseurs qui ne cokéfient pas, " dit Racine.

Pour s'attaquer au problème, travaille à modifier chimiquement les catalyseurs en appliquant un revêtement anti-cokage spécial sur les catalyseurs métalliques supportés à l'aide d'un processus appelé dépôt de couche atomique. L'effort s'inspire de recherches antérieures menées par Keuch et Dumesic, qui a montré que le dépôt de couche atomique convient aux catalyseurs dans les applications de biocarburants. Gilcher modifiera les procédures pour différents catalyseurs qui sont plus couramment utilisés dans les usines de reformage du méthane.