Les particules de m茅tal: carburant propre de l鈥檃venir?
Imaginez un avenir o霉 votre voiture est aliment茅e par de la poudre de fer plut么t que par l鈥檈ssence.
Les poudres m茅talliques, produites en exploitant des sources d鈥櫭﹏ergie primaire propres, pourraient constituer une solution de rechange aux combustibles fossiles plus viable 脿 long terme que d鈥檃utres substituts dont il a souvent 茅t茅 question, comme l鈥檋ydrog猫ne, les biocarburants ou les batteries, selon une 茅tude parue le 15听d茅cembre听2015 dans la revue scientifique Applied Energy.
芦听Les technologies de production d鈥櫭﹍ectricit茅 propre, reposant principalement sur l鈥櫭﹏ergie solaire ou 茅olienne, ont le vent dans les voiles. Or, ce type d鈥櫭﹍ectricit茅 est impossible 脿 utiliser dans de nombreux domaines o霉 le p茅trole et le gaz r猫gnent encore, comme le transport et le commerce mondial d鈥櫭﹏ergie听禄, souligne Jeffrey听Bergthorson, professeur 脿 l鈥橴niversit茅 91社区 et auteur principal de cette nouvelle 茅tude.
RECHERCHE CONNEXE听: Pour lutter contre les changements climatiques, nous devons trouver des substituts aux combustibles fossiles. Les m茅taux, qui emmagasinent de l鈥櫭﹏ergie au cours de l鈥檃ffinage, constituent un mode novateur de transport et de stockage d鈥櫭﹏ergie renouvelable, comme l鈥檋ydro茅lectricit茅. Dans le laboratoire de Jeffrey Bergthorson, consacr茅 脿 la recherche sur les combustibles de remplacement, la doctorante Keena Trowell fait r茅agir de l鈥檃luminium avec de l鈥檈au pour lib茅rer cette 茅nergie sous forme de chaleur et d鈥檋ydrog猫ne. R茅sultat : de l鈥櫭﹏ergie propre accessible instantan茅ment, sans 茅mission de gaz 脿 effet de serre. Dans une conf茅rence commandit茅e par l鈥橧nstitut de durabilit茅 en g茅nie et en conception Trottier, la chercheuse explique les .
芦听Les biocarburants peuvent faire partie de la solution, mais ils ne pourront pas satisfaire 脿 la demande. L鈥檋ydrog猫ne n茅cessite des r茅servoirs massifs, et c鈥檈st sans compter sa nature explosive. Quant aux batteries, elles sont trop encombrantes et n鈥檃ccumulent pas assez d鈥櫭﹏ergie pour bon nombre d鈥檜sages听禄, ajoute le professeur de g茅nie m茅canique et directeur adjoint de l鈥橧nstitut Trottier de durabilit茅 en g茅nie et en design de l鈥橴niversit茅 91社区. 芦听L鈥檜tilisation de poudres m茅talliques comme carburant recyclable emmagasinant de l鈥櫭﹏ergie primaire propre pour un usage ult茅rieur repr茅sente une solution de rechange des plus prometteuses.听禄
Un concept novateur
L鈥檃rticle publi茅 dans Applied Energy, cosign茅 par le professeur听Bergthorson, cinq听autres chercheurs de l鈥橴niversit茅 91社区 et un scientifique de l鈥橝gence spatiale europ茅enne aux Pays-Bas, jette les bases d鈥檜n concept novateur tirant parti de fines particules m茅talliques听鈥捥齞ont la taille est comparable 脿 celles de la farine ou du sucre en poudre听鈥捥齪our alimenter des moteurs 脿 combustion externe.
Contrairement aux moteurs 脿 combustion interne des v茅hicules 脿 essence, les moteurs 脿 combustion externe sont aliment茅s par une source ext茅rieure de chaleur. Ce type de moteur, une version contemporaine de la locomotive 脿 vapeur aliment茅e au charbon qui a contribu茅 脿 la r茅volution industrielle, sert couramment 脿 produire de l鈥櫭﹏ergie 脿 partir de sources nucl茅aires, de charbon ou de biocarburants au sein des centrales 茅lectriques.
L鈥檌d茅e de br没ler des poudres m茅talliques ne date pas d鈥檋ier, puisque ces derni猫res sont utilis茅es depuis plusieurs si猫cles pour la fabrication de feux d鈥檃rtifice, par exemple. Depuis la seconde moiti茅 du 20e听si猫cle, on s鈥檈n sert 茅galement comme agent propulseur dans les fus茅es porteuses 脿 combustible solide qui servent 脿 lancer les navettes spatiales. Toutefois, au cours des derni猫res d茅cennies, peu de travaux ont 茅t茅 r茅alis茅s sur les propri茅t茅s des flammes d茅coulant de leur combustion. En effet, l鈥檜tilisation potentielle des poudres m茅talliques comme combustible recyclable pour de nombreux usages a g茅n茅ralement 茅t茅 n茅glig茅e par la communaut茅 scientifique.
Recyclable apr猫s combustion
L鈥檌d茅e mise de l鈥檃vant par l鈥櫭﹒uipe de chercheurs de l鈥橴niversit茅 91社区 mise sur une caract茅ristique importante des poudres m茅talliques. En effet, lorsqu鈥檈lles sont br没l茅es, ces derni猫res r茅agissent avec l鈥檃ir pour produire un oxyde solide non toxique pouvant 锚tre recueilli assez facilement, puis recycl茅 (contrairement au dioxyde de carbone 茅mis dans l鈥檃tmosph猫re par la combustion de p茅trole).
Gr芒ce 脿 un br没leur con莽u sur mesure, les chercheurs de l鈥橴niversit茅 91社区 ont d茅montr茅 qu鈥檜ne flamme peut 锚tre stabilis茅e en un flux de fines particules m茅talliques en suspension dans l鈥檃ir. Ces flammes provenant de la combustion de poudres m茅talliques 芦听ressemblent beaucoup听禄 脿 celles que l鈥檕n produit en br没lant des hydrocarbures, estiment les chercheurs. 芦听On pr茅voit que les densit茅s d鈥櫭﹏ergie et de puissance qu鈥檃fficheront les 茅ventuels moteurs aliment茅s par des m茅taux seront semblables 脿 celles des actuels moteurs aliment茅s par la combustion interne de combustibles fossiles. Par cons茅quent, cette technologie sera attrayante pour une soci茅t茅 cherchant 脿 r茅duire son empreinte de carbone.听禄
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Selon les chercheurs, le fer pourrait 锚tre le candidat id茅al pour une telle utilisation. Les industries m茅tallurgique, chimique et 茅lectronique commandent d茅j脿 la production de millions de tonnes de poudre de fer chaque ann茅e. De plus, les technologies de recyclage du fer sont d茅j脿 茅prouv茅es, et de nouvelles techniques peuvent pallier les 茅missions de dioxyde de carbone associ茅es 脿 la fabrication traditionnelle de fer 脿 partir du charbon.
Prochaine 茅tape听: la construction d鈥檜n prototype
M锚me si les exp茅riences r茅alis茅es en laboratoire, 脿 91社区 comme ailleurs, ont d茅montr茅 que l鈥檜tilisation de carburants m茅talliques dans les moteurs thermiques est th茅oriquement possible, personne n鈥檃 encore mis l鈥檌d茅e en pratique. Par cons茅quent, la prochaine 茅tape dans la conversion de ces d茅couvertes en technologie exploitable consistera 脿 芦听fabriquer un prototype de br没leur et 脿 le fixer 脿 un moteur thermique听禄, d茅clare le professeur Bergthorson. 芦听L鈥櫭﹍aboration d鈥檜n proc茅d茅 de recyclage des m茅taux qui n鈥檌mplique aucune 茅mission de CO2 rev锚t aussi une grande importance.听禄
Le coauteur de l鈥檃rticle, David听Jarvis, responsable de la strat茅gie et des nouvelles technologies 脿 l鈥橝gence spatiale europ茅enne, ajoute听: 芦听Cette technologie nous int茅resse au plus haut point puisqu鈥檈lle ouvre la porte 脿 de nouveaux syst猫mes de propulsion dont nous pourrons tirer profit dans l鈥檈space et sur terre. L鈥檃bandon des combustibles fossiles dans l鈥檃limentation des automobiles constitue une nette tendance pour l鈥檃venir. Bien qu鈥檈lle ne soit pas encore au point ni offerte sur le march茅 脿 l鈥檋eure actuelle, la combustion de m茅taux peu co没teux, comme la poudre de fer, repr茅sente une solution de rechange avantageuse 脿 l鈥檈ssence et au diesel. Si nous sommes en mesure de produire, pour la premi猫re fois, un moteur aliment茅 au fer 茅mettant une quantit茅 presque nulle de dioxyde de carbone, nous estimons que cette d茅couverte pourrait ouvrir la voie 脿 d鈥檃utres innovations et permettre une r茅duction des co没ts 脿 court terme.听禄
L鈥櫭﹖ude sur la combustion de m茅taux 脿 l鈥橴niversit茅 91社区 a 茅t茅 financ茅e, au cours des 20听derni猫res ann茅es, par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en g茅nie du Canada, le minist猫re de la D茅fense nationale du Canada, la Defence Threat Reduction Agency des 脡tats-Unis, l鈥橝gence spatiale canadienne, l鈥橝gence spatiale europ茅enne, Martec听Lt茅e (Halifax, N.-脡.) et l鈥橧nstitut Trottier de durabilit茅 en g茅nie et en design.
芦听Direct combustion of recyclable metal fuels for zero-carbon heat and power听禄, J.听M.听Bergthorson et coll., Applied Energy, 15听d茅cembre听2015. DOI听: 10.1016/j.apenergy.2015.09.037
IMAGES: Alternative Fuels Laboratory/Universit茅 91社区
Image 1 :听Flammes stabilis茅es produites par la combustion de diff茅rentes poudres m茅talliques au contact de l'air, en comparaison d鈥檜ne flamme m茅thane/air.
Image 2 :听Moteur en d茅veloppement aliment茅 par la combustion de poudres m茅talliques, et 茅tendue de ses usages possibles.
