De nouveaux matériaux pour exploiter le potentiel de l’énergie solaire
Une centrale solaire thermique à concentration (CSP, pour concentrated solar power) utilise des miroirs pour réfléchir la lumière du soleil vers un récepteur centralisé. À l’intérieur de ce récepteur se trouve un fluide – généralement un liquide, mais parfois un gaz – qui est chauffé par cette énergie solaire concentrée. «Ce qui est intéressant dans une centrale CSP, c’est le fait de pouvoir obtenir deux vecteurs d’énergie: la chaleur et l’électricité (avec l’ajout d’une turbine)», explique Monica Della, coordinatrice technique du projet IN-POWER, et responsable de la conversion d’énergie et de la photonique au LEITAT (site web en espagnol), en Espagne. «Cela peut représenter un avantage, car il arrive que l’on ait seulement besoin de chaleur.» À l’inverse, la technologie des panneaux solaires photovoltaïques (PV) ne produit que de l’électricité, et la conversion de l’électricité en chaleur peut s’avérer inefficace. «Un autre aspect important tient au fait que les centrales CSP peuvent ajuster leurs températures avec précision», explique Monica Della. «Des températures comprises entre 100 et 200 °C sont couramment utilisées dans des secteurs comme l’alimentation et les boissons, afin d’éliminer les contaminants dans les processus de pasteurisation.» Les industries lourdes et chimiques, qui fonctionnent souvent à des températures extrêmement élevées, peuvent utiliser la technique CSP pour chauffer des processus jusqu’à 400 ou 500 °C.
De nouveaux matériaux composites
C’est à ce niveau qu’il y a un potentiel évident. Pour que la technologie CSP prenne réellement son essor, il faut toutefois que l’industrie y adhère. «En ce qui concerne le projet IN-POWER, notre idée consistait à réduire les coûts et à améliorer les efficacités opérationnelles», explique Monica Della. Ces résultats devaient ensuite faire l’objet d’une démonstration dans une usine pilote à grande échelle située dans le sud de l’Espagne. L’équipe du projet a commencé par chercher à utiliser des matériaux moins chers et plus légers pour construire les miroirs et les structures de support. «Les miroirs CSP sont généralement les mêmes que ceux que l’on trouve dans les salles de bains: du verre recouvert d’une couche d’aluminium», fait-elle remarquer. «Le problème, c’est qu’ils sont assez lourds. Il faut beaucoup d’énergie pour déplacer les miroirs afin de capter le rayonnement solaire.» Pour remédier à ce problème, de nouveaux matériaux composites ont été développés. Ils ont permis de réduire considérablement le poids et l’encombrement de l’ensemble de la structure, tandis que des matériaux polymères hautement réfléchissants, traités avec des revêtements antisalissures, ont été utilisés pour développer des miroirs de nouvelle génération. «Nous nous sommes également concentrés sur le stockage de la chaleur», indique Monica Della. «Il s’agit là d’un point essentiel. Si une centrale est capable de stocker efficacement la chaleur, elle peut alors fonctionner 24 heures sur 24.» Pour y parvenir, l’équipe du projet a développé un système de stockage thermique efficace, là encore en utilisant de nouveaux matériaux composites innovants. La taille des accumulateurs de chaleur solaire a été considérablement réduite, et l’équipe a constaté beaucoup moins de pertes de chaleur grâce à un nouveau revêtement d’absorption de la lumière.
Démontrer la faisabilité industrielle de cette technologie
Dans la seconde moitié du projet, ces innovations ont été regroupées au sein d’une usine pilote. Cette installation a permis à l’équipe d’étudier les performances des nouveaux matériaux – les miroirs, les structures et les revêtements – et de convaincre le secteur industriel de la faisabilité de cette technologie. «L’usine pilote s’apparente fortement à une salle d’exposition, car elle nous permet de présenter la technologie à des clients potentiels», explique Monica Della. «Deux ou trois entreprises du secteur des boissons ont déjà manifesté leur intérêt.» Bien que le projet ait pris fin au début de l’année, l’usine pilote reste opérationnelle. «Nous souhaitons faire fonctionner l’installation pilote pendant plusieurs années, afin de démontrer la durée de vie des composants», ajoute-t-elle. «Comme il s’agit de matériaux très récents, nous devons convaincre l’industrie qu’ils sont exploitables.» Une autre voie susceptible de déboucher sur des opportunités consiste à créer de nouvelles géométries à l’aide des matériaux polymères flexibles réfléchissants. De nouvelles conceptions pourraient donner lieu à de nouvelles applications, alors que les centrales hybrides CSP-PV représentent une autre piste possible. «Cette usine pilote restera ouverte à la recherche, ainsi qu’à de futurs projets», conclut Monica Della.
Mots‑clés
IN-POWER, solaire, thermique, énergie, électricité, produits chimiques, CSP, polymère
