Les chercheurs récupèrent la chaleur résiduelle de bas niveau
Publié par Isabelle le 04/01/2015 à 00:00
Source: Europa

Densité d'énergie de quelques accumulateurs. Illustration: Wikimedia Commons
Les chercheurs ont sans doute découvert une méthode efficace pour récupérer la chaleur résiduelle à bas niveau comme électricité à l'aide de batteries d'ammoniac réversibles.

La chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) résiduelle de bas niveau est un artéfact de nombreuses méthodes de production d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui...). Dans les voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle...), la chaleur résiduelle produite en hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) est détournée pour faire fonctionner le système de chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) du véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.), mais en été, la même chaleur résiduelle est libérée dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec...). Les centrales nucléaires, de charbon et autres ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes...) d'une chaleur élevée pour produire l'électricité, mais après la production d'électricité, la chaleur résiduelle superflue est réacheminée aux tours de refroidissement pour se dissiper.

Des chercheurs de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de l'État de Pennsylvanie aux États-Unis souhaitent capturer cette chaleur résiduelle afin de produire davantage d'électricité. L'équipe utilise une batterie thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...) régénérative à base d'ammoniac composée d'électrodes de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces...) avec un ajout d'ammoniac juste à l'anolyte; l'électrolyte entourant l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de réduction...).

Fang Zhang, un post-doctorant en génie environnemental de Penn State explique la procédure: "La batterie durera jusqu'à la réaction utilise l'ammoniac nécessaire pour la formation du complexe dans l'électrolyte à proximité de l'anode ou épuise les ions de cuivre dans l'électrolyte à proximité de la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne négative du générateur...). Ensuite, la réaction cesse." En exploitant la chaleur perdue provenant d'une source extérieure, les chercheurs distillent l'ammoniac du fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et...) utilisé dans la chambre d'anolyte de la batterie puis la recharge dans la chambre de la cathode de la batterie. La vapeur () liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) d'ammoniac peut convertir l'énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes. Les transferts d'énergie thermique entre corps sont appelés...) en énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à...) dans la batterie.

Science Daily rapporte les dires de Bruce E. Logan, professeur Kappe du département de génie environnemental à Penn State: "L'utilisation de la chaleur résiduelle pour la production d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) permettrait la production d'électricité supplémentaire sans consommation supplémentaire de combustibles fossiles. Les batteries thermiquement régénératrices sont une façon neutre en carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) de stocker et de transformer la chaleur résiduelle en électricité à un coût potentiellement plus faible que les dispositifs à l'état solide."

Selon le rapport des chercheurs publié dans le numéro actuel de Energy and Environmental Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que...): "Nous présentons ici une batterie thermique régénérative à base d'ammoniac très efficace, peu coûteuse et évolutive où le courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont...) est produit à partir de la formation de complexe d'ammoniac de cuivre... Si nécessaire, la batterie peut être déchargée de façon que l'énergie chimique stockée soit convertie efficacement en énergie électrique."

Engineering.com se souvient des problèmes des méthodes précédentes liés à la récupération de chaleur résiduelle à bas niveau: "La quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d'énergie produite dans, par exemple, un système utilisant de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) salée et moins salée pour produire de l'électricité, était trop faible par rapport à la quantité d'eau utilisée. Le système de batterie à régénération thermique à base d'ammoniac peut convertir environ 29 pour cent de l'énergie chimique contenue dans la batterie en électricité et peut à l'avenir être optimisée."

D'après les nouvelles de Penn State, les chercheurs ont produit une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les...) de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) d'environ 60 watts par mètre carré (Le mètre carré (symbole m²) est l'unité d'aire du système international.) sur de nombreux cycles, affirmant que leur densité de puissance du système de batterie est de six à dix fois supérieure à celle créée par d'autres systèmes de conversion d'énergie thermique-électrique centrés sur des liquides.

Selon les chercheurs, la batterie à régénération thermique actuelle à base d'ammoniac n'est pas optimisée, donc modifier la pile pourrait produire plus d'énergie et réduire le coût des opérations des piles. En conclusion: "L'augmentation de la densité de puissance a été observée par les chercheurs à la suite de l'augmentation du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de batteries dans le système, ce qui indique que le prototype peut être élargi pour le rendre commercialement viable."

Pour plus d'informations voir: A thermally regenerative ammonia-based battery for efficient harvesting of low-grade thermalenergy as electrical power
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