La production industrielle d'acier, de béton ou de verre nécessite plus de 20 % de la consommation totale d'énergie de l'Allemagne. Jusqu’à présent, 90 % des combustibles utilisés pour ces procédés étaient de nature fossile.
Des chercheurs de l'Institut de Karlsruhe Technologie (KIT) travaille sur le seul système de stockage de chaleur à haute température basé sur une technologie de métal liquide de ce type afin d'améliorer l'utilisation des sources d'énergie renouvelables. Les métaux liquides hautement conducteurs peuvent être chauffés à plus de 700 °C grâce à l’électricité verte et peuvent stocker de manière flexible la chaleur industrielle.
Du 22 au 26 avril 2024, les chercheurs présenteront un modèle de leur système de stockage d'énergie sur le stand KIT de l'Energy Solutions (hall 13, stand C76) de la foire de Hanovre.
Dans le monde entier, des systèmes de stockage de chaleur à haute température sont développés pour approvisionner en chaleur les entreprises de production à forte intensité de ressources, indépendamment des fluctuations de la production d'énergie renouvelable. Ces systèmes de stockage convertissent l’énergie électrique en chaleur, qui est ensuite stockée.
La chaleur est utilisée si nécessaire, par exemple lorsque l'électricité coûte cher et que les processus de production ne peuvent pas être arrêtés. Plus la température stockée est élevée, mieux c'est. Cela réduit la quantité d’énergie supplémentaire qui serait nécessaire pour atteindre la température de production souhaitée.
Les usines pilotes utilisent des sels liquides pour stocker des températures avoisinant 550°C. Jusqu’à présent, des températures encore plus élevées ont été atteintes avec des gaz. Lorsqu'ils sont chauffés électriquement jusqu'à environ 700°C, ils transfèrent leur chaleur aux matériaux de stockage tels que l'acier, la roche volcanique ou les scories. «Cependant, le transfert de chaleur du gaz chaud vers le matériau de stockage est loin d'être efficace», explique le Dr Klarissa Niedermeier de l'Institut de technologie et de sécurité de l'énergie thermique du KIT.
Excellent transfert de chaleur à travers les métaux liquides
Avec son équipe, elle travaille sur une nouvelle solution pour le domaine des hautes températures : un système de stockage de chaleur à base de plomb-bismuth. "La conductivité thermique de ce mélange de métaux liquides est 100 fois supérieure à celle des autres matériaux utilisés dans les systèmes de stockage", explique Niedermeier.
Le système de stockage de chaleur à haute température est testé en boucle. Dans une cuve en acier, le plomb-bismuth chauffé s'infiltre à travers des billes de céramique d'environ 2 mm et leur cède sa chaleur. Lorsque la chaleur est à nouveau nécessaire, le métal liquide « froid » est renvoyé à travers les billes et se réchauffe à nouveau.
Les simulations réalisées au laboratoire de métal liquide KALLA du KIT ont confirmé que l'utilisation de métal liquide augmente l'efficacité du stockage de chaleur, en particulier lorsqu'un boîtier très compact est utilisé.
Stockage efficace de l’énergie verte excédentaire
« Lorsque le métal liquide est chauffé avec de l'énergie provenant de sources d'énergie renouvelables, les entreprises disposent d'une solution efficace pour atténuer les fluctuations de l'alimentation électrique et permettre un stockage d'énergie simple, peu coûteux et rapide à des températures aussi proches que possible de celles utilisées dans les processus industriels. », souligne Niedermeier.
Le processus a un grand potentiel de défossilisation de l’industrie. Les processus industriels en Allemagne consomment 400 térawattheures de chaleur par an et 90 % des combustibles utilisés dans ces processus sont fossiles.
Jusqu’à présent, les métaux liquides n’ont pratiquement pas été utilisés dans les systèmes de stockage de chaleur. Selon Niedermeier, cela est principalement dû à des raisons logistiques. Il n’existe que quelques systèmes en boucle fermée dans le monde dans lesquels un tel système de stockage de chaleur peut être testé. KALLA dispose d'un vaste cycle plomb-bismuth, qui est utilisé, entre autres, pour de nouveaux projets dans le domaine des sources d'énergie renouvelables.
Cette année, à la foire de Hanovre, l'équipe présentera un modèle du système de stockage de chaleur, dont la taille est environ la moitié de celle du système réel du KIT. Le système du KIT est conçu pour stocker 100 kilowattheures de chaleur et a jusqu’à présent été testé à l’échelle du laboratoire à des températures allant jusqu’à 400 °C.
« Il s'agit du système de stockage de chaleur à métal liquide de ce type au monde avec une telle capacité. Nous voulons montrer que le principe fonctionne et qu'il a un grand potentiel», déclare Klarissa Niedermeier.