Les innovations dans le stockage de l’énergie

Pour lutter contre le changement climatique, l’Union européenne vise une réduction des émissions de gaz à effet de serre de 40 % et sur une augmentation de la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique de 32 % d’ici 2030[1]. Pierre angulaire d’une transition énergétique réussie, la question du stockage de l’énergie est donc plus que jamais au cœur des enjeux.

Le contenant au service du contenu, comment optimiser les énergies renouvelables ?

Le stockage des énergies renouvelables alternatives reste l’un des points d’achoppement d’une transition énergétique réussie, les énergies intermittentes telles que l’éolien et le solaire, ne permettant pas – ou trop peu – une utilisation en différé. Les avancées scientifiques réalisées ces dernières années sur les solutions de stockages comme les batteries lithium-ion ou la production d’hydrogène à partir de l’électrolyse de l’eau marquent donc un progrès en la matière. La recherche dans le domaine des énergies renouvelables a également permis de limiter l’impact environnemental des nouvelles technologies (batteries, piles et systèmes de gestion de l’énergie), tout en augmentant leur rentabilité.

C’est dans cette optique que des chercheurs de l’Université d’Harvard ont élaboré des batteries non métalliques à base de molécules organiques pour réduire leur impact environnemental et diminuer leur coût. Pour mener à bien leur projet, les chercheurs se sont notamment penchés sur une batterie à base de rhubarbe[2], une plante à fort potentiel électrochimique. Grâce à la technologie RedOx[3] et en synthétisant des milliers de molécules, les batteries à base de rhubarbe peuvent stocker les électrolytes (substance conductrices), dans deux réservoirs séparés, augmentant ainsi considérablement la capacité de stockage de la batterie ainsi que sa durée de vie.

Selon les chercheurs, ce type de batterie permet par exemple de stocker l’énergie produite en une journée par les panneaux photovoltaïques installés sur la toiture d’une maison individuelle. Cette technologie ouvre donc la voie à une solution de stockage peu onéreuse pour des énergies issues de sources intermittentes.

La gravité, un phénomène naturel pour stocker l’énergie

Dans un autre registre, des scientifiques ont vu dans l’eau une alternative prometteuse pour accroître le potentiel des énergies renouvelables et augmenter leur rendement[4]. Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP), qui utilisent la gravité de l’eau pour produire de l’énergie, constituent une solution intéressante pour contourner l’intermittence des énergies renouvelables. Composées de deux bassins, les stations pompent dans un premier temps l’eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur lorsque la demande en électricité est faible (et donc à bas prix) pour la stocker jusqu’à ce que la demande croisse. Lorsque la demande augmente, et avec elle le prix de l’électricité, le système, qui permet ainsi d’optimiser les coûts, produit de l’électricité grâce au transfert de l’eau du bassin supérieur vers le bassin inférieur et à sa turbine intégrée. Grâce au double système (pompe-moteur / turbine-alternateur), l’énergie produite participe à maintenir l’équilibre entre la production et la consommation électrique.

D’autres techniques de stockage utilisant la gravité ont vu le jour pour répondre à la demande. Une start-up suisse a développé un système novateur pour stocker de l’énergie renouvelable à bas prix à partir de blocs de béton empilés issus de la récupération de déchets de construction[5]. Le principe est le suivant : grâce à un système de contrôle intelligent, des blocs de béton de 35 tonnes sont levés par des grues pour ériger une tour. L’énergie produite par le gain d’altitude est alors stockée. Puis l’énergie cinétique produite par leur descente au sol alimente une turbine, qui génère à son tour de l’électricité.

Le sel, un allié prometteur pour la conservation de l’énergie

Plus étonnant encore, certains misent sur les propriétés du sel pour stocker de l’énergie[6]. La technologie, brevetée par une entreprise suédoise, repose sur l’utilisation du sel pour recharger plusieurs milliers de fois une batterie et stocker l’énergie produite durant des semaines, voire des mois, sans perte. Conçue pour les environnements industriels, la batterie, composée d’oxyde de calcium, enrichie de nano-revêtements (traitement destiné à protéger un matériau pour augmenter sa conservation), évolue et s’adapte ainsi, dans la durée, à l’utilisation qui en est faite.

En principe, l’énergie est stockée chimiquement grâce à la séparation du sel et de l’eau. Des réactions électrochimiques se créent dans le système de la batterie, produisant de la chaleur. En d’autres termes, lorsque l’oxyde de calcium réagit avec l’eau, celui-ci se transforme en hydroxyde de calcium et libère de l’énergie. Inversement, quand l’hydroxyde de calcium est séché, il absorbe la chaleur. La technologie, déjà testée en usine pilote dans une centrale thermique allemande, est capable de stocker dix fois plus d’énergie thermique qu’une batterie traditionnelle[7].

Alternatives crédibles aux dispositifs de stockage actuels, ces innovations constituent un moyen d’optimiser la production d’énergies vertes et d’en réduire le coût. Conscients de ces opportunités, un nombre croissant d’Etats et d’entreprises se mobilisent pour accélérer la recherche dans le secteur. De quoi accélérer le développement des énergies renouvelables et favoriser le l’émergence de nouvelles solutions pour la transition énergétique.

 

[1] Cadre d’action en matière de climat et d’énergie d’ici à 2030 | Action pour le climat (europa.eu)

[2] Des batteries bon marché à base de rhubarbe ! – MAGAZINE ET PORTAIL FRANCOPHONE DES BIOÉNERGIES (bioenergie-promotion.fr)

[3] Batteries redox vanadium, solution durable pour le stockage stationnaire ? | Techniques de l’Ingénieur (techniques-ingenieur.fr)

[4] https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/hydroelectricite-stations-de-transfert-d-energie-par-pompage-step

[5] Stockage d’énergie : l’invention géniale d’une startup suisse (futura-sciences.com)

[6] Vattenfall lance un projet pilote de stockage d’énergie dans du sel – Les Smartgrids (les-smartgrids.fr)

[7] Stocker dix fois plus d’énergie thermique avec du sel nano-enrobé (azonano.com)

Voir également