Quand la lumière du soleil devient un carburant
Matériaux avancés pour la technologie des combustibles solaires
La production de carburants durables à partir de l'énergie solaire est un projet ambitieux qui présente des défis majeurs pour les personnes et les matériaux. Dans le cadre du projet MAfoS, les chercheurs du Fraunhofer Center for High Temperature Materials and Design HTL développent des matériaux pour la première usine industrielle de démonstration de la transformation de l'énergie solaire en carburant.
Cela ressemble presque à un conte de fées : Des carburants durables sont créés à partir d'eau, deCO2 et de lumière solaire dans une haute tour à miroirs. Les experts du Fraunhofer apportent leur savoir-faire à ce projet dans le cadre d'un projet spécial :
"Material Advancements for Solar Fuels Technology", ou MAfoS en abrégé, est le nom du projet dans lequel une équipe de scientifiques créatifs du Center for High Temperature Materials and Design HTL de l'Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates ISC développe des matériaux avancés pour la première usine industrielle de démonstration de la transformation de l'énergie solaire en carburant. Avec leurs partenaires, les experts travaillent sur un concept global de réduction duCO2 et de stockage des énergies renouvelables dans des carburants artificiels dans le cadre du programme de financement européen Eurostars 3.
Une tour pleine d'énergie
En fait, une usine pilote existe déjà. Elle est exploitée par le partenaire du projet, Synhelion, une start-up suisse, dans la tour solaire du Centre aérospatial allemand (DLR) à Jülich, en Allemagne. Dans cette installation, les combustibles sont créés à partir d'eau et de dioxyde de carbone ou de méthane. Les experts se concentrent actuellement sur le kérosène. L'installation comprend une vaste zone de miroirs qui regroupent la lumière du soleil. Dans une tour, la lumière du soleil est convertie en chaleur, qui est acheminée par un tuyau vers une chambre de réacteur. Là, les produits de départ chauffés réagissent entre eux et forment le combustible souhaité.
Pour lancer le processus et utiliser la tour pour la production de combustible, des matériaux spéciaux sont nécessaires pour les différents composants. Les températures élevées combinées à la vapeur d'eau constituent un défi : Au niveau de la fenêtre d'entrée de la lumière solaire, les températures sont encore relativement modérées (jusqu'à 800 degrés Celsius). Au cours des étapes suivantes du processus, la température augmente jusqu'à 1 500 degrés Celsius. La sélection des matériaux pour ces conditions est particulièrement exigeante et les solutions de conception sont compliquées. De nouveaux revêtements haute performance extrêmement résistants devraient faciliter les choses à l'avenir et offrir davantage d'options aux concepteurs.
Savoir-faire en matière de matériaux pour les hautes températures
C'est là que le Fraunhofer HTL intervient avec son expertise en matière de matériaux pour la construction légère et les matériaux à haute température. Ils développent des matériaux céramiques inorganiques en tant que revêtements protecteurs pour divers composants d'usine et applications futures. Les matériaux doivent répondre à de nombreuses exigences : Par exemple, il est essentiel que le revêtement de la fenêtre d'entrée soit continuellement perméable à la lumière du soleil et résistant à la vapeur d'eau. En outre, le revêtement doit être adapté au coefficient de dilatation thermique de la vitre, de sorte qu'il ne s'écaille pas lors des changements de température. Avec les étapes suivantes du processus et leurs températures sans cesse croissantes, le revêtement doit toujours être adapté au substrat porteur correspondant pour la dilatation thermique et être en même temps étanche.
Outre ces matériaux, les experts du Fraunhofer développent également des structures porteuses en céramique renforcée de fibres pour les tuyaux. La céramique renforcée par des fibres tolère mieux les dommages que la céramique monolithique, mais les fibres disponibles sur le marché ne supportent qu'une température maximale de 1 200 degrés Celsius. Les scientifiques du Fraunhofer HTL se sont fixé pour objectif d'atteindre une plus grande stabilité thermique et d'augmenter la température d'application des fibres de renforcement à 1 500 degrés Celsius.
Une coopération réussie
Les chercheurs ont déjà franchi une première étape importante : le revêtement de la fenêtre d'entrée de la lumière du soleil. "Le plus grand défi était le très faible coefficient de dilatation thermique. Nous avons toutefois réussi à identifier un matériau approprié. Nos tests ont prouvé qu'il est non seulement particulièrement résistant à la chaleur, mais aussi à la vapeur d'eau. Il protège le matériau sous-jacent et est suffisamment transparent pour laisser passer en permanence une quantité suffisante de lumière solaire", se réjouit Jonathan Maier, responsable du projet MAfoS.
Dans une prochaine étape, les scientifiques souhaitent revêtir la fenêtre d'entrée de la taille réelle du composant, afin de pouvoir la tester à Synhelion. En collaboration avec CeraFib, un partenaire du projet spécialisé dans les matériaux et composants composites résistants aux hautes températures, les experts du Fraunhofer HTL ont également réussi à produire des tuyaux en céramique renforcée par des fibres.
Les experts de Fraunhofer HTL sont non seulement enthousiastes à l'égard de l'ensemble du projet, mais aussi de la contribution qu'ils peuvent apporter grâce à leur participation : "Nous avons toujours voulu entrer dans le domaine des énergies renouvelables, de l'efficacité énergétique, du power-to-X et du power-to-fuel avec nos thèmes classiques du Fraunhofer HTL, c'est-à-dire les revêtements et matériaux à haute température ainsi que les fibres céramiques. Dans ce projet, nous prouvons que nous sommes un partenaire de coopération solide dans ce domaine, même pour les petites et moyennes entreprises, parce que nous sommes orientés vers le client et proches du marché grâce à notre savoir-faire technique", se réjouit Arne Rüdinger, chef du département des fibres céramiques au Fraunhofer HTL. Et Jonathan Maier d'ajouter : "Il est également formidable que notre recherche puisse apporter une contribution aussi importante à la réduction desémissions de CO2 et donc à la transformation durable de notre société." Une transformation qui sera bientôt possible grâce à l'engagement des partenaires de MAfoS : L'usine de démonstration industrielle de Synhelion, qui transforme le soleil en carburant, devrait entrer en service en Allemagne en 2024.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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