Une capsule à base de matériaux à changement de phase améliore le stockage de l’énergie thermique
Le chauffage et le refroidissement représentent 50 % de la consommation annuelle d’énergie de l’UE et constituent donc le secteur présentant le plus grand potentiel d’économie d’énergie en Europe, un secteur qui doit sans tarder devenir plus durable. Une solution consiste à utiliser des MCP, qui peuvent stocker et libérer de grandes quantités d’énergie thermique pour le chauffage ou le refroidissement. Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont cherché une méthode efficace pour transférer les MCP sous une forme plus pratique. Cependant, les solutions existantes de micro et macro-encapsulation pour le stockage des MCP se sont jusqu’à présent révélées inadaptées sur les plans technique, industriel et économique.
Plus petit, mais plus efficace
Le projet Hi-ThermCap, financé par l’UE, s’est attaqué à ce défi en développant une capsule de stockage de l’énergie thermique présentant une forte capacité et des performances élevées, pour des systèmes de chauffage et de refroidissement à faible empreinte carbone et à haut rendement énergétique. «Les MCP permettent de stocker de grandes quantités d’énergie dans des volumes relativement réduits, ce qui se traduit par des dispositifs figurant parmi les concepts de stockage d’énergie les moins chers», déclare Gerrit Sonnenrein, coordinateur du projet et responsable de l’innovation de la PME allemande ESDA Technologie GmbH. L’énergie thermique peut également être conservée et libérée exactement à la température à laquelle les convertisseurs d’énergie en amont fonctionnent le plus efficacement et pour laquelle les systèmes connectés sont optimisés. «Par ailleurs, les heures de fonctionnement des convertisseurs d’énergie peuvent être retardées ou prolongées, ce qui permet d’améliorer l’efficacité du système et de réduire la taille de ces convertisseurs d’énergie», explique Gerrit Sonnenrein. Les chercheurs ont mis au point HeatSel®, une capsule de forme lenticulaire de la taille d’une assiette remplie de MCP qui permet de transférer la chaleur dans les systèmes aqueux. Gerrit Sonnenrein poursuit: «HeatSel® représente une avancée majeure qui améliore d’un facteur trois ou quatre la capacité de stockage de chaleur et de froid. Il s’agit également du premier produit de macro-encapsulation MCP à recevoir le RAL Quality Mark PCM, le meilleur label de qualité au monde pour la production de MCP.»
Vers une adoption globale
La chaleur latente est liée aux changements de phase entre les liquides, les gaz et les solides. La chaleur sensible, par contre, concerne les changements de température d’un milieu sans changement de phase. Les systèmes de stockage latents ne peuvent donc s’intégrer raisonnablement dans des systèmes complexes (par exemple, dans des équipements de bâtiment) que s’il est possible de contrôler non seulement leur capacité, mais aussi leur puissance de décharge et de charge pour un vaste éventail de valeurs, et de le faire dans une plage de température définie aussi précisément que possible. HeatSel® est par conséquent entouré d’eau, jouant le rôle de fluide caloporteur, pour optimiser le transfert de chaleur du vecteur thermique vers les MCP et ainsi offrir une solution très performante de grande capacité, tout en étant économique et pratique, qui peut être facilement intégrée même dans des systèmes de refroidissement et de chauffage existants. Cette solution présente notamment l’avantage d’améliorer le rendement global et la fiabilité, ce qui entraîne une réduction des coûts d’investissement et d’exploitation, ainsi qu’une diminution de la pollution environnementale grâce à la réduction des émissions de CO2. HeatSel® s’adresse prioritairement au marché du chauffage et du refroidissement des grands volumes dans les bâtiments résidentiels en Europe, tout en conservant l’évacuation de la chaleur et le refroidissement des processus industriels comme marché secondaire. ESDA estime que HeatSel® aura un impact important utilisé en combinaison avec des systèmes solaires thermiques et des pompes à chaleur, et prévoit un chiffre d’affaires cumulé de 33,7 millions d’euros d’ici 2023. Le système «s’appuie sur des arguments de vente uniques, notamment son applicabilité universelle avec une vaste gamme d’échangeurs de chaleur, son efficacité énergétique élevée grâce à la réutilisation de l’énergie des déchets et le fait qu’il promeut les énergies renouvelables comme la technologie solaire thermique», indique Gerrit Sonnenrein.
Mots‑clés
Hi-ThermCap, MCP, stockage, refroidissement, chauffage, énergie thermique, HeatSel®, macro-encapsulation, matériau à changement de phase, convertisseur d’énergie, RAL Quality Mark PCM
