De nombreux procédés qui génèrent de l'électricité produisent également de la chaleur, une ressource énergétique puissante qui est souvent inexploitée partout, des usines aux véhicules en passant par les centrales électriques. Un système innovant actuellement en cours de développement au Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) peut rapidement stocker la chaleur et la libérer pour une utilisation en cas de besoin, surpassant les options de stockage conventionnelles en termes de flexibilité et d'efficacité.

Le système de stockage d'énergie thermique d'Argonne, ou TESS, a été développé à l'origine pour capturer et stocker la chaleur excédentaire des installations d'énergie solaire concentrée. Il convient également à une variété d'applications commerciales, y compris les usines de dessalement, systèmes de cogénération (CHP), processus industriels, et camions lourds.

Pouvoir récupérer et utiliser la chaleur résiduelle peut augmenter l'efficacité et réduire les coûts en extrayant plus d'énergie de la même quantité de combustible. Dans le cas d'une usine d'électricité ou de dessalement fonctionnant à l'énergie solaire concentrée, le TESS peut capter la chaleur pendant la journée et la libérer la nuit pour maintenir l'usine en marche. Le travail d'Argonne pour développer le système est financé par le Solar Energy Technologies Office du DOE.

"Chaque fois que vous avez un processus de combustion, vous gaspillez environ 60 % de l'énergie sous forme de chaleur, " a déclaré Dileep Singh, un scientifique senior des matériaux à Argonne qui a dirigé le développement de TESS. « Dans un sens, c'est une version thermique d'une batterie, où vous chargez et déchargez de la chaleur plutôt que de l'électricité."

Le TESS d'Argonne est une forme de stockage de chaleur latente, où l'énergie est contenue dans un matériau à changement de phase tel que le sel fondu. Bien que ces matériaux soient bons pour retenir la chaleur, ce sont généralement de mauvais conducteurs, il leur faut donc trop de temps pour absorber et libérer de l'énergie.

Pour contourner cette limitation, les chercheurs d'Argonne ont mis au point un moyen d'intégrer des matériaux à changement de phase dans des matériaux poreux, mousse hautement conductrice de la chaleur. Ils scellent ensuite la mousse avec un gaz inerte à l'intérieur d'un module, empêchant l'humidité ou l'oxygène de pénétrer à l'intérieur et dégradant les composants. La chaleur stockée à l'intérieur d'une unité peut ensuite être transférée à l'eau, par exemple, où il devient de la vapeur qui fait bouger une turbine. Le TESS peut également être adapté à une application spécifique en sélectionnant différents matériaux à changement de phase.

« L'un des gros avantages de notre technologie est qu'elle est modulaire, vous n'avez donc pas besoin d'une énorme structure de stockage, " a dit Singh. " Vous pouvez faire ces modules d'une certaine taille gérable, comme un baril de 55 gallons ou plus petit, et installez-les dans le nombre dont vous avez besoin."

Les chercheurs ont démontré que le TESS fonctionne à des températures supérieures à 700 °C (1, 292°F). Sa densité énergétique élevée le rend plus petit et plus flexible que les systèmes de stockage de chaleur sensible couramment utilisés, qui reposent sur l'élévation et l'abaissement de la température d'un matériau. La technologie a remporté un prix R&D 100 en 2019, et les chercheurs travaillent maintenant à l'intégrer dans les systèmes de cogénération de Capstone Turbine Corporation pour stimuler la récupération de chaleur.

Avec l'aide de partenaires industriels, Singh et ses collègues continuent d'affiner la technologie TESS, et ils ont développé une installation de test interne pour tester les performances avec des charges et des décharges répétées. En plus d'améliorer les systèmes de cogénération et d'étendre la disponibilité des centrales de dessalement et d'électricité, le TESS pourrait convertir la chaleur résiduelle en énergie mécanique dans les camions lourds ou en chauffage intérieur pour les véhicules électriques. Et tout comme le TESS peut fonctionner comme une batterie pour la chaleur, il peut faire la même chose pour le froid, offrant éventuellement une option de refroidissement pour les bâtiments commerciaux.