En tant que pays, plus de la moitié de nos dépenses en énergie vont être gaspillées, selon un rapport du Laboratoire national Lawrence Livermore.
L'un des principaux coupables est la chaleur. Les usines, telles que les aciéries, dégagent une énorme quantité d'énergie sous forme de chaleur - mais cette chaleur s'échappe presque toujours dans l'atmosphère, où elle ne peut pas faire grand-chose de bien.
Toutefois, une équipe de scientifiques travaillant en coopération entre le Massachusetts Institute of Technology et l’Université de Stanford ont mis au point un nouveau type de batterie capable de maîtriser l’échappement de chaleur et de le canaliser dans le réseau, en tirant parti d’un principe moins connu appelé effet thermogalvanique.
Jusqu'à présent, la majorité des recherches sur la conversion de la chaleur perdue s'est concentrée sur le pouvoir thermoélectrique. Les générateurs thermoélectriques, par exemple, ont gagné en popularité au cours des dernières années. Les systèmes déplacent les électrons du côté chaud d'un matériau conducteur, tel que le métal, vers le côté froid; une fois sur place, les électrons peuvent être convertis en courant pour alimenter des appareils ou charger une batterie. Les générateurs sont utilisés pour alimenter des éléments tels que des systèmes de radio et de télémétrie sur des gazoducs, en tant que sources d'alimentation de secours pour des sites de recherche non habités et même en tant que source d'énergie renouvelable sur le mobile Mars Curiosity.
Le système est si bien connu et si bien documenté qu'il est déjà utilisé dans des produits destinés aux consommateurs, notamment le populaire BioLite CampStove.
Mais, selon Yi Cui, professeur associé à Stanford, qui a contribué au développement de la nouvelle batterie, les générateurs thermoélectriques ne peuvent pas récupérer suffisamment d'énergie dans les grandes usines et les usines qui ne fonctionnent pas aussi fort qu'un feu de camp.
La chaleur perdue provenant d'une aciérie, par exemple, n'est pas assez chaude (ou la batterie ne peut pas être suffisamment refroidie) pour qu'une réaction thermoélectrique fonctionne.
Travaillant en étroite collaboration avec une équipe du MIT dirigée par Gang Chen, un chercheur expérimenté dans le domaine de la thermoélectrique, Cui a plutôt mis au point une batterie spécialement conçue pour la chaleur dite «à faible teneur».
Le nouveau concept est centré sur une batterie à base d’eau assez standard avec une électrode positive et une électrode négative. L’équipe a placé une batterie vide dans une zone dégageant beaucoup de chaleur et a ensuite commencé à la charger. Une fois la batterie complètement chargée, elle est ramenée à la température ambiante, puis déchargée - et la batterie refroidie peut décharger plus d'énergie qu'elle ne l'aurait été.
C'est le phénomène thermogalvanique au travail.
«Un changement de température provoque un changement d'énergie libre et la puissance en watts change beaucoup», dit Cui. En effet, la batterie utilise l'énergie de la chaleur perdue, autrement une énergie perdue qui pourrait être réinjectée dans le réseau.
Les batteries, contrairement aux systèmes thermoélectriques, ne peuvent actuellement pas être entièrement hors réseau, car elles nécessitent un courant continu pour se charger. L’idée est cependant que vous aurez besoin de moins d’électricité du réseau pour le faire.
L’équipe essaie toujours de déterminer à quelle vitesse elle peut chauffer et refroidir les batteries et combien de fois une cellule peut être cyclée avant d’être utilisée. En laboratoire, il faut quelques heures à la batterie pour terminer un cycle de charge-décharge. L'équipe n'a poussé aucune cellule pendant plus de 50 cycles.
À l'heure actuelle, nous n'avons pas une idée précise de la puissance qu'un système comme celui de Cui peut produire. Cui envisage éventuellement un circuit de plusieurs cellules pouvant être installé dans une usine. À mesure que la température d'une cellule augmente suite à l'exposition à la chaleur perdue, une autre entre dans le cycle de refroidissement.
«La moitié d'entre eux chargent à une température élevée et la moitié d'entre eux se déchargent à une température basse», dit-il.
Pour le moment, la cible principale est la chaleur perdue produite en usine, mais Cui pense que le système pourrait être appliqué ailleurs à l'avenir. L’équipe peut également expérimenter avec d’autres matériaux de batterie permettant d’appliquer l’effet thermogalvanique à des niveaux de chaleur plus élevés, tels que ceux produits par une cheminée ou un four.
À une époque où les systèmes de récupération d'énergie sont de plus en plus répandus à l'étranger, des systèmes comme celui de Cui pourraient s'avérer d'une aide précieuse pour explorer de nouveaux domaines de l'énergie aux États-Unis. Dans les prochaines années, la chaleur du métro de Londres servira à réchauffer environ 1 400 maisons. Et une grande partie de l'énergie du Danemark provient de la chaleur perdue.
Avec de telles inventions, nous pourrions commencer à rattraper notre retard.
