Gregoire's CleanTech Blog

CNRS : des nano-matériaux pour le stockage de l'hydrogène

En combinant chimie raisonnée et simulation numérique, une équipe dirigée par Gérard Ferey de l'Institut Lavoisier (CNRS/Université de Versailles) vient de mettre au point un nouveau matériau nanoporeux, le téréphtalate de chrome, dont les performances dépassent de loin celles des meilleurs matériaux connus jusqu'à présent. Avec des pores de 2.9 et 3.4 nanomètres de diamètre et une surface spécifique adsorbante de 6 000 mètres carrés par gramme, ce solide, décrit dans la revue Science, se révèle aussi être le meilleur matériau pour le stockage de l'hydrogène.

Les nanomatériaux poreux sont des matériaux dont la taille des pores flirte avec le nanomètre (le millionième de milllimètre), une échelle immédiatement supérieure à celle des atomes. Un millier d'atomes peuvent être contenus dans une sphère de 2 à 3 nanomètres. Un gramme de nanomatériaux poreux, déplié, représente une surface de plusieurs centaines à plusieurs milliers de mètres carrés.

Des nanoréservoirs

Ces nanomatériaux aux propriétés adsorbantes (adhésion et fixation à la surface) sont capables de piéger, capturer un certain nombre de substances ou de molécules. Ils peuvent notamment séparer ou stocker des gaz comme l'hydrogène (utiles pour les piles à combustible), le méthane ou le gaz carbonique, mais aussi permettre une extraction ou un piégeage sélectif de solvants. Ces solides poreux deviennent alors des matériaux stratégiques en terme d'énergie et de développement durable.

L'enjeu est d'obtenir des pores suffisamment larges (2 à 3 nm) et des surfaces spécifiques élevées pour qu'une grande quantité de ces molécules puisse y être stockée, pour une meilleure efficacité.

Une équipe dirigée par Gérard Ferey de l'Institut Lavoisier (CNRS / Université de Versailles) vient de décrire le téréphtalate de chrome ou MIL-101 (Matériaux de l'Institut Lavoisier n°101), un solide cristallisé dont les performances dépassent de très loin celles des meilleurs matériaux connus jusqu'à présent. Sa maille, d'un volume de plus de 700 000 angströms (10-10) avoisine celle des protéines. Ce nanomatériau possède deux types de pores de diamètres accessibles de respectivement 2.9 et 3.4 nm et une surface spécifique de près de 6 000 mètres carrés par gramme, ce qui laisse loin derrière le précédent record de 4 500 mètres carrés par gramme détenu par une équipe américaine. Ces pores peuvent accueillir en quantité importante des espèces moléculaires volumineuses, comme des ions de Keggin d'un diamètre de plus de 1nm qui sont d'excellents catalyseurs, mais aussi des médicaments comme l'ibuprofène. Le MIL-101 se révèle d'autre part être le meilleur matériau actuel pour le stockage d'hydrogène.

En plus de ses capacités en tant que nanoréservoir, les chercheurs ont montré son potentiel pour devenir un nanoréacteur. Ils ont pu en effet synthétiser in situ à cette échelle des nanoparticules de sulfure de zinc, c'est-à-dire un semi-conducteur. Ces travaux ouvrent des perspectives intéressantes pour les nanomatériaux. Les pores pourraient servir de moule et permettraient d'étudier la nanophysique de ce type de solides.

Au-delà des performances elles-mêmes, la méthode d'accès à la structure, combinant chimie raisonnée et simulation numérique, est originale puisque celle-ci peut-être prédite une fois que les conditions chimiques correspondant à l'existence de la partie inorganique sont maîtrisées.

Source : techno-science.net

La Lorraine, 2e région "renouvelable" française ?

La Lorraine est la 4ème région énergétique de France. Elle produit près de 10 % de l'énergie nationale alors qu'elle en consomme moins de 6 %.En 2003, seul 0,5 % de cette production d'énergie était issue d'énergies renouvelables. Dans le respect des engagements de Kyoto et s'inscrivant dans la logique du développement durable, le Conseil Régional de Lorraine a souhaité mettre au cœur de ses préoccupations la promotion et le développement des énergies renouvelables.

C'est dans ce contexte que la Région Lorraine soutient aujourd'hui des opérations exemplaires ou des techniques émergentes en matière d'énergie, notamment : le solaire thermique (production d'eau chaude sanitaire et / ou soutien au chauffage) ; le solaire photovoltaïque (production d'électricité) ; les pompes à chaleur géothermales (production de chaleur pour le chauffage de locaux) ; les chaufferies automatiques bois

La Lorraine est la 1ère région à soutenir la géothermie. En févier 2005, la Lorraine s'est engagée dans un programme ambitieux de développement de la pompe à chaleur géothermale en boucle profonde. Le principe de ce système est de pomper la chaleur contenue dans le sol, par l'intermédiaire de forages verticaux. Cette énergie, transportée par l'eau, est ensuite restituée au système de chauffage de la maison. Le Conseil Régional de Lorraine est ainsi la 1ère Région à soutenir cette technologie.

Ce soutien permet à tous les porteurs de projet lorrains (collectivités, entreprises et particuliers) de bénéficier : d'un accompagnement financier (30% du coût du forage) ; d'un atlas du potentiel géothermique : la Lorraine est la 2ème région de France qui proposera, début 2007, cet outil ; de la mise en place d'un référentiel qualité dédié à la standardisation de la qualité de pose, prévu en 2007. Depuis 2005, le Conseil Régional a permis l'installation de 160 pompes à chaleur géothermales chez des particuliers.

Les installations solaires, la Lorraine 2ème région de France pour le photovoltaïque et 7ème pour le thermique. La Lorraine est la 2ème région de France pour le photovoltaïque, technique qui transforme l'énergie solaire en électricité à l'aide de capteurs solaires.

A l'aide d'un chauffe-eau et de capteurs solaires (chauffe-eau solaire), le thermique permet de capter la chaleur du soleil afin de la stocker et de la réutiliser pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire. Malgré un ensoleillement moyen, la Lorraine a connu un véritable « boom » des installations solaires thermiques chez les particuliers pour la période 2000-2005 : le nombre d'installations a été multiplié par 2,5 chaque année depuis 2001.

En 2005, 871 installations ont été mises en oeuvre. 11% sont des Systèmes Solaires Combinés (associant le chauffage de l'eau sanitaire et le chauffage de l'habitation). Pour 2006, ce record sera battu puisqu'au 1er semestre 834 installations ont déjà été réalisées chez des particuliers.

La Lorraine se classe en 7ème position au regard du nombre d'installations réalisées en 2005, mais elle arrive en 2ème position des régions situées au nord de la Loire (régions bénéficiant d'un ensoleillement modeste).

La Lorraine est aussi la 3ème région forestière de France avec un taux de boisement de 36% (et de 50% pour le seul département des Vosges). Le bois est déjà largement utilisé en bois d'œuvre ou en bois d'industrie, mais il reste encore un fort potentiel de cette ressource pour une valorisation énergétique. Une étude régionale menée en 2005 a montré qu'environ 450 000 tonnes de bois issues des forêts lorraines pourraient être utilisées pour la production d'énergie dans le respect d'une gestion forestière durable.

Par son soutien à la promotion et au développement des énergies renouvelables, le Conseil Régional de Lorraine contribue aussi à l'accroissement de l'activité économique en Lorraine. Il participe également à la réduction des factures d'énergie des particuliers.

Schott Solar : nouveau centre de production pour les centrales solaires thermiques

Le groupe technologique international SCHOTT vient d'inaugurer un établissement de production destiné à la fabrication de capteurs solaires, sur son site de Mitterteich, en Bavière. << Les capteurs sont les composants clés des systèmes solaires thermiques paraboliques alimentant des centrales électriques, qui vont devenir une importante source d'énergie à l'avenir. Nous sommes chefs de file dans cette technologie grâce à notre capteur, et entendons à présent passer de la production pilote de petites quantités à une fabrication industrielle en série >>, explique le Professeur Dr.-Ing. Udo Ungeheuer, président du conseil d'administration de SCHOTT AG.

<< La technologie solaire est une aventure stratégique importante pour l'avenir de SCHOTT. Entrer dans la production de masse des capteurs représente une étape non moins essentielle dans l'expansion de nos activités solaires >>, ajoute M. Ungeheuer. La société, dont le siège social est situé à Mayence, en Allemagne, fabrique par ailleurs des modules photovoltaïques permettant de produire de l'électricité par transformation de l'énergie solaire et des capteurs solaires thermiques qui utilisent le rayonnement solaire pour générer de l'eau chaude et du chauffage. Fort de ce portefeuille de produits, SCHOTT se place parmi les chefs de file dans l'industrie solaire.

La société a investi quelque 15 millions d'euros dans la nouvelle installation de Mitterteich et a créé 80 nouveaux emplois. Au total, la production de capteurs emploie aujourd'hui 120 personnes.
L'usine tourne à plein rendement depuis début août. SCHOTT a d'ores et déjà reçu des commandes pour approvisionner en capteurs les centrales solaires Nevada Solar One, au Nevada, États-Unis, ainsi que pour une centrale en cours de construction en Andalousie, Espagne. Le projet en Andalousie représente la première centrale solaire thermique exploitée commercialement en Europe.
Les centrales héliothermiques se sont révélées comme autant de sources fiables de production d'énergie centralisée dans le désert de Mojave, en Californie, au cours des 20 dernières années. D'une capacité de 354 mégawatts, ce sont neuf centrales solaires thermiques qui génèrent de l'électricité pour répondre aux besoins de quelque 200 000 foyers. Et c'est la société SCHOTT qui leur fournissait déjà les tubes spéciaux en verre de haute qualité qui servaient à envelopper les capteurs.

En 2004, SCHOTT a développé son propre capteur hautes performances, lequel présente une qualité nettement améliorée. Dans sa nouvelle installation de production de Mitterteich, SCHOTT exploite son savoir-faire en tant que grand nom de la fabrication de tubes de verre spéciaux, en plus de son expertise dans les technologies de revêtement et de soudures métal-verre.
Les centrales solaires thermiques utilisent l'énergie solaire pour générer de la chaleur, qui est ensuite transformée en électricité. Les centrales héliothermiques consistent en un grand nombre de miroirs courbés paraboliques qui concentrent la lumière du soleil dans des capteurs (tubes absorbeurs), situés le long de la ligne focale. À l'intérieur de ces capteurs dotés d'un revêtement spécial, le rayonnement solaire concentré est transformé en chaleur, laquelle est transférée dans un fluide de transfert spécial résistant à la chaleur, capable d'atteindre des températures proches des 400 degreesC (752 degreesF). Ce fluide est ensuite pompé dans l'unité centrale de production. Il passe à travers plusieurs échangeurs de chaleur situés en aval et, tout comme dans les centrales conventionnelles, génère la vapeur nécessaire à l'alimentation des turbines qui produisent l'électricité.
<< Parce qu'elles affichent le plus haut niveau d'efficacité et coûtent moins cher en matière de production d'énergie que les autres technologies solaires, les centrales héliothermiques présenteront sous peu le potentiel de générer de l'électricité solaire à des prix compétitifs dans les zones fortement ensoleillées de l'équateur terrestre >>, conclut M. Ungeheuer.

Les politiciens prennent de plus en plus conscience du potentiel des centrales solaires thermiques en tant qu'option non négligeable pour la production de l'énergie électrique de demain. << Renewables 2004 >>, la Conférence internationale pour les énergies renouvelables qui s'est tenue à Bonn, en Allemagne, a adopté la << Global Market Initiative >> ou GMI pour l'introduction sur le marché des centrales solaires thermiques dans le cadre de son programme d'activités. En septembre 2005, le Parlement européen a fait appel à la Commission européenne pour que celle-ci mette en place des subventions en faveur des centrales solaires thermiques. Enfin, à l'occasion du Dialogue mondial sur l'énergie qui s'est tenu dans le cadre de la foire industrielle de Hanovre en 2006, le Club de Rome a lui aussi souligné l'importance de construire des centrales solaires thermiques, en particulier en Espagne et en Amérique du Nord.

73 lines à 55 characters. Des photos peuvent être téléchargées à l'adresse www.schott-pictures.net
La publication "SCHOTT Memorandum on Solar Thermal Power Plant Technology" contient de plus amples informations et peut être téléchargée à l'adresse www.schott.com/solar
SCHOTT est un groupe technologique international dont le but fondamental est d'améliorer la qualité de la vie et les conditions de travail. C'est la raison pour laquelle l'entreprise élabore des matériaux, des composants et des systèmes spéciaux. Les principaux domaines d'activités de l'entreprise sont les appareils ménagers, l'optique et l'optoélectronique, les produits pharmaceutiques et et l'énergie solaire. Le groupe SCHOTT opère à proximité de sa clientèle par le biais de ses sociétés de production et de ventes dans tous ses principaux marchés. La société emploie 17 000 personnes et génère des ventes mondiales de 2 milliards d'euros. L'expertise technologique et économique de la société de l'entreprise est étroitement liée à sa responsabilité sociale et écologique.
SCHOTT est l'une des plus importantes entreprises internationales du secteur solaire. Le groupe technologique international fabrique des composants pour presque toutes les applications thermiques photo-voltaïques et thermiques. Des modules d'électricité solaire PV aux performances diverses sont utilisés pour générer de l'énergie électrique décentralisée. Les capteurs sont les composants clés des systèmes solaires thermiques paraboliques alimentant des centrales électriques. Cette technologie d'avenir est envisagée pour produire de l'électricité centralisée dans les zones fortement ensoleillées de l'équateur terrestre. Des tubes collecteurs hautement performants fournissent de la chaleur solaire pour l'eau chaude, le chauffage et la climatisation.

Source : ITNews

Ce qui mobilise les grands corporate...

Ils étaient tous là : Alstom, General Electric, RWE, Shell, Vattenfall, BP, Statoil, Siemens, Gaz de France, EDF, Suez, Endesa, Total... Tous les grands noms européens de l'énergie étaient présents à Bruxelles les 12 et 13 septembre, lors de l'assemblée générale de ZEP (Zero emission platform), pour célébrer le nouvel avenir de la production d'électricité, selon eux : la centrale thermique à charbon dont les émissions de gaz carbonique seront enfouies dans le sol.

La démarche part du constat que le charbon étant bien plus abondant que le pétrole et le gaz, il jouera obligatoirement un rôle dans le futur : selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), il fournira 9,8 térawattheures (TWh) en 2020 contre 7 TWh en 2003, soit 40 % de la production d'électricité aux deux dates. Problème : le charbon est fortement émetteur de CO₂, alors que le changement climatique devient le principal facteur dont doit tenir compte l'industrie de l'énergie. Solution : développer de nouvelles centrales à charbon capables d'isoler le gaz carbonique émis et de le séquestrer dans le sous-sol.

L'industrie y croit d'autant plus que les méthodes étudiées laissent espérer des systèmes opérationnels dans quelques années. C'est d'ailleurs le principal objet de ZEP : réaliser une dizaine de projets de démonstration d'ici à 2020 pour être prêt à une application commerciale.

Trois filières techniques sont explorées pour la séparation du gaz : la post-combustion consiste à isoler le gaz carbonique de l'azote dans les fumées rejetées par la centrale ; dans la pré-combustion, on enlève le carbone du combustible pour ne laisser que l'hydrogène, qui est le combustible brûlé en turbine à gaz ; la combustion oxyfuel, enfin, se produit avec l'oxygène après que l'azote a été retiré de l'air en sortie.

Outre la séparation du CO₂, la deuxième question est celle de sa séquestration. Les spécialistes envisagent de le stocker dans des couches pétrolières. Une autre issue est celle des aquifères salés, à 1 500 m environ de profondeur, et qui sont très nombreux. Mais ces structures géologiques sont encore très peu connues. On pourrait aussi injecter le gaz carbonique dans les mines de charbon, ou encore viser une séquestration minérale, par combinaison chimique du CO₂ avec des roches.

Le principal obstacle au développement de cette technique est sans doute là : rien ne garantit que le CO₂ injecté en souterrain ne fuira pas au bout de quelques décennies. L'industrie électrique fossile risque de découvrir la même problématique que l'industrie nucléaire, incapable de garantir la pérennité du stockage souterrain de ses déchets. "Aucune fuite ne pourra être admise", affirme le document stratégique de ZEP. Un article paru dans la revue Geology en juillet 2006 a cependant montré que l'étanchéité d'une nappe profonde pourrait ne pas être garantie.

Mais plusieurs grandes organisations écologistes, comme le WWF ou Bellona, en Norvège, soutiennent la technique. "C'est l'option la plus importante dont on dispose pour parer au changement climatique, dit Frederic Hauge, directeur de Bellona. On pourrait absorber ainsi un cinquième des émissions d'ici à 2050."

Cependant, souligne Pierre Le Thiez, de l'Institut français du pétrole, "il faudra stocker des centaines de millions de tonnes de CO₂ pendant des siècles, voire des millénaires. Quelle industrie peut prendre une responsabilité sur mille ans ?".

Source : Le Monde

C'est parti pour les autoroutes de l'hydrogène en Norvège

En marge de la conférence ONS 2006 (Offshore Northern Seas) qui s'est tenue à la fin du mois d'août à Stavanger, la Ministre norvégienne des transports et des communications, Mme Liv Signe Navarset, a inauguré la première station d'hydrogène en Norvège, mise en service par la compagnie pétrolière Statoil.

Outre de l'hydrogène, du gaz naturel ainsi que de l'hythane, mélange gaz naturel-hydrogène dont la combustion produit moins de gaz à effet de serre que le gaz naturel pour une meilleure efficacité énergétique, seront aussi disponibles.

Implantée à Forus, à proximité de Stavanger, cette station est la première du projet d'autoroute de l'hydrogène, HyNor, qui doit, à l'horizon 2009, permettre la circulation, entre Oslo et Stavanger, de véhicules fonctionnant à l'hydrogène. Ce projet regroupe plus de 30 partenaires norvégiens représentant les autorités locales et nationales, l'industrie, le commerce et le monde de la recherche. Pour sa part, la compagnie Norsk Hydro prévoit l'ouverture d'une station hydrogène à Porsgrunn (environ

160 km

au sud-ouest d'Oslo) au printemps 2007. Alors que l'hydrogène de la station de Forus est produit par réformage du gaz naturel (avec captage du CO2), celui de la station de Porsgrunn sera acheminé par pipeline à partir du complexe pétrochimique de Rafnes, où il est formé en tant que produit secondaire.

Notons qu'HyNor s'est engagé dans un partenariat avec ses voisins scandinaves autour de projets analogues au Danemark et en Suède (Scandinvian Hydrogen Highway Partnership).

L'objectif du Gouvernement norvégien est de développer l'utilisation de véhicules respectueux de l'environnement et à faible émission de gaz à effet de serre. Ceci se traduit, entre autres, par la mise en place de mesures incitatives, telles que l'exemption de taxes, effective depuis le 1er juillet 2006, pour les véhicules à moteur à combustion fonctionnant à l'hydrogène ou à moteur hybride électricité-hydrogène, ainsi que par le soutien à la recherche sur les nouveaux carburants.

Sur ce dernier point, un accent particulier est mis sur les biocarburants dans le but, non seulement de contribuer à l'effort international autour des problématiques environnementales et climatiques, mais aussi de dynamiser l'industrie forestière et agricole norvégienne.

ibesLa voiture à hydrogène pour 2010

vA long terme, l’hydrogène remplacera vraisemblablement les carburants que nous connaissons actuellement, avec l’avantage, par rapport au pétrole, de pouvoir être produit en quantité illimitée et de n’émettre que de la vapeur d’eau lors de la combustion.
Néanmoins, alors que de plus en plus de constructeurs travaillent sur ce nouveau 'carburant', notamment des américains et des allemands, jusqu’à présent, les pronostics les plus optimistes avançaient 2010 pour voir arriver les premiers véhicules à hydrogène sur le marché. Aujourd’hui, il nous faut revoir ce calendrier suite à l’annonce faite par BMW de lancer, en très petite série, un véhicule hydrogène en avril 2007, avec une diffusion dans les villes disposant d’une station d’hydrogène (Berlin, Munich, Tokyo, Los Angeles…).

Mise au point dans le cadre du programme BMW CleanEnergy, cette première voiture à hydrogène bénéficie en outre d’un choix technologique étonnant en conservant un moteur à combustion 'classique', à l’inverse de toutes les recherches actuelles qui visent à combiner hydrogène et pile à combustible. BMW argumente sa décision par la volonté de vouloir préserver le degré élevé de mobilité individuelle auquel nous sommes habitués. Il est vrai que face à un réseau de distribution d’hydrogène très confidentiel, avec moins d’une dizaine de stations, l’adoption d’un unique moteur passant automatiquement de l’hydrogène à l’essence, et réciproquement, est un gage de tranquillité et d’autonomie pour le conducteur. Par ailleurs, cette solution limite l’aspect novateur de l’hydrogène et se veut transitoire pour un passage en douceur des carburants traditionnels vers des énergies propres.

Pour l’heure, le constructeur allemand a choisi son haut de gamme, la série 7, pour une transition progressive vers l’hydrogène. L’Hydrogen 7 sera donc commercialisée avec le moteur BMW V12, adapté à ce que l’on peut considérer comme une bicarburation. Dans l’opération, si la puissance délivrée passe de 445 ch à 260 ch, la voiture conserve des performances correspondantes à sa catégorie avec une vitesse maxi de 230 km/h et une accélération de 0 à 100 km/h en 9,5 s. Notons que ces performances sont obtenues quel que soit le carburant qui alimente le moteur, montrant la qualité de l’intégration de l’hydrogène.

Ces Hydrogen 7 seront diffusées uniquement en leasing, avec un contrat d’entretien, soit le mode d’acquisition majoritaire pour ce type de véhicules très haut de gamme. Côté tarif, le coût devrait être équivalent à celui de la BMW 760 Li, tandis que les 2 réservoirs offriront à la voiture environ 650 kilomètres d’autonomie, dont 200 avec l’hydrogène sous forme liquide.

L’hydrogène, surtout produit à partir de gaz naturel, devrait être progressivement obtenu à partir d’électricité, avec une électrolyse qui permet de séparer les composants de l’eau : l’hydrogène et l’oxygène. Demain, une électricité d’origine renouvelable rendra ainsi possible la production d’un combustible sans émission autre que de la vapeur d'eau.

Notons, que le concept de station service, tel que nous le connaissons, devrait également évoluer, puisque la distribution d’hydrogène tend vers une automatisation totale, à l’image de la pompe installée à l’aéroport de Munich. Sur place, un robot trouve le bouchon du réservoir, l’ouvre, y applique le tuyau de remplissage de façon hermétique et fait le plein de la BMW Hydrogen 7 en quelque trois minutes, avant de refermer le tout et d’enregistrer le paiement, sans que le conducteur ait à descendre de son véhicule.

La révolution en cours des batteries

Alors que les constructeurs d'ordinateurs portables sont lancés dans une éternelle course de fond à la puissance de leurs composants (cartes graphiques, processeurs, disques durs...), l'allongement de l'autonomie des batteries, elle, demeure une préoccupation de tous les instants.

Et ce, d'autant plus que de nouveaux besoins, particulièrement gourmands en énergie (multi-tâches, visionnage de films, jeu vidéo...) ne facilitent pas la tâche des fabricants de batteries. Ces derniers doivent en effet jongler - voire arbitrer - entre trois paramètres fondamentaux que sont l'accroissement de l'autonomie de leurs produits, leur légèreté mais également leur aspect compact.

A l'heure actuelle, le marché des fabricants de batteries est essentiellement - presque exclusivement - composé d'acteurs asiatiques avec notamment les japonais Sanyo, Matsushita, Sony et Hitachi, mais également les coréens LG et Samsung, ainsi que le taiwanais Antig

Sur l'année 2005, selon les chiffres de l'association japonaise des batteries (BAJ), le marché des batteries (comprenant à la fois les piles ou primary batteries et les accumulateurs dits secondary batteries) est évalué à près de 5 milliards de dollars. Sachant que plus de la moitié du chiffre d'affaires (soit 3 milliards de dollars) provient de la vente d'accumulateurs, utilisés notamment dans la conception des batteries pour ordinateurs portables.

En volume, le marché des batteries se répartit entre les piles (73%), tandis que la production d'accumulateurs atteint seulement les 27%. En revanche - et signe des enjeux financiers d'un marché qui aiguise les appétits -, les revenus des accumulateurs pèsent pour 79% des revenus globaux des ventes de batteries, dont 41% sont alloués aux accumulateurs de type lithium-ion.

Aujourd'hui, trois générations d'accumulateurs se partagent le marché des batteries rechargeables : ceux à base de nickel-cadmium (NiCd), de nickel-hydrure métallique (NiMH) et de lithium-ion (Li-ion), dont la production avoisine les 100 millions d'unités par mois.

La technologie lithium-ion (qui contribue à hauteur de près de 80% du prix d'une batterie) est d'ailleurs celle qui s'est naturellement imposée depuis le milieu des années 90 dans le cadre des accumulateurs pour ordinateurs portables. Les raisons ? Par rapport à d’autres technologies comme le nickel-metal-hydrure, le lithium-ion permet notamment de stocker plus d’énergie dans un volume moins important, tout en ayant une durée de vie plus élevée.

Les batteries lithium-ion présentent en plus de meilleures performances en termes de densité d'énergie massique et volumique par rapport aux accumulateurs à base de nickel-cadmium et de nickel-hydrure métallique, avec respectivement 150 à 170 Wh/Kg, et plus de 400 Wh/L, selon une publication du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA).

Mais au-delà des performances, l'un des enjeux pour les fabricants de batteries (et indirectement les constructeurs d'ordinateurs), se matérialise par la nécessité de sécuriser davantage leurs produits afin d'éviter de fâcheuses déconvenues... Comme celle ayant abouti le 15 août dernier au rappel de 4,1 millions de batteries Sony (lire l'article du 17/08/2006 : Campagne massive de rappel de batteries chez Dell). Suvi ensuite fin août par Apple, avec le rapatriement de quelque 1,8 millions de batteries.

"Concernant le volet sécurité, nous travaillons différentes voies, comme celle de nouveaux matériaux tels que les phosphates de fer à très haute stabilité, et les composés électrolytes des batteries lithium-ion en employant les sels fondus, pour accroître leur sûreté avec des systèmes polymères", fait savoir Sébastien Martinet, en charge du laboratoire des composants pour l’énergie au Liten, CEA.

La relève des accumulateurs à base de lithium-ion semble donc acquise. Signe de ce vent nouveau, les initiatives significatives fleurissent de part et d'autre du monde comme celle de Zinc Matrix Power, qui a développé une technologie de batterie rechargeable basée sur l'utilisation de deux métaux (zinc et argent) ainsi que...de l'eau ! Ce type de développement devant être notamment testé par plusieurs fabricants de batteries au début de l'année 2007.

Citons également la technologie "Saphion", élaborée par l'américain Valence Technology et permettant de diminuer les risques d'explosion en recourrant à des composants chimiques moins inflammables.

"Plusieurs technologies pourront prendre le relais du lithium-ion actuel et sont en concurrence pour le futur, comme de nouvelles technologies lithium-Ion basées sur de nouveaux matériaux d’électrodes nanostructurés, et les technologies des piles à combustibles, soit en version hydrogène comme celle que nous développons au CEA, soit au méthanol", indique Sébastien Martinet.

Cette dernière, fournie notamment par l'américain MTI Micro Fuel Cells ou Antig est d'ores et déjà implémentée dans des accumulateurs produits en masse. L'innovation se trouve dans le fait que la batterie ne se contente plus seulement de stocker de l'électricité mais d'en produire. Si les évolutions technologiques du marché des batteries se sont faites longtemps désirer, force est de constater que la révolution, elle, est pour demain.

Source : Journal du Net

AltairNano : batteries au nano-titane

Avec le développement des accessoires électroniques portables, le besoin en batteries légères, sûres, de forte capacité et à faible temps de recharge est de plus en plus important. D'importants progrès ont été réalisés avec les batteries lithium ion, mais il reste encore de nombreux problèmes de durée de vie (comme avec les systèmes manganèse), de puissance (cas des systèmes fer - phosphate) ou d'échauffement (systèmes à oxyde de cobalt notamment).

La plupart des batteries lithium ion utilisent le graphite comme matériau de cathode, l'anode pouvant être par exemple en oxyde de cobalt, tandis que l'électrolyte est constitué d'un sel de lithium dissout dans un solvant organique. Le choix du matériau d'électrode joue un rôle déterminant dans la vitesse de charge du dispositif. La compagnie américaine Altair Nano (Reno, NV) spécialisée dans la production de céramiques nanostructurées développe de nouveaux systèmes qui utilisent un composé nanostructuré du titane à la place du graphite comme cathode, ce qui permet d'obtenir des durées de recharge très largement inférieures à celles des batteries traditionnelles, durées qui se comptent en minutes plutôt qu'en heures. Le fabricant annonce que 80% de la charge est réalisée dans la minute.

Le matériau nanostructuré utilisé n'est pas contraint au niveau cristallographique, propriété qui évite la dégradation de l'électrode, phénomène qui est responsable de la durée de vie limitée de certaines batteries. Le nombre de cycles de charge/décharge est également très fortement augmenté, dans la mesure où les caractéristiques électrochimiques du nanotitanate utilisé ne favorisent pas le dépôt de lithium métallique sur l'électrode. La gamme de température d'utilisation est relativement large (de moins 30 à environ plus 45 degrés celsius), et le coût de fabrication ne devrait pas être augmenté par l'utilisation de ce nouveau matériau d'électrode.

La compagnie Altair Nano qui travaille également sur d'autres applications des nanotechnologies (revêtements de surface pour les prothèses, matériaux pour les soins dentaires) possède ses propres laboratoires de développement et travaille en collaboration avec plusieurs centres de recherche. Elle vient d'obtenir du Department of Energy (DOE) un soutient de 2,5 millions de dollars sur 24 mois pour poursuivre ses recherches sur les matériaux d'électrode (en collaboration avec Rutgers University), sur les nanocapteurs (avec Western Michigan University) et la caractérisation des nanomatériaux (nouvelle collaboration avec University of California, Santa Barbara)

Source : Enerzine

Le succès de la première génération de biocarburants motive désormais les recherches sur la valorisation de plantes entières.

D'énormes réservoirs de carbone prometteur à portée de main, sous nos pieds... C'est l'utopie que les chercheurs vont essayer de concrétiser en travaillant sur l'exploitation de gisements de cellules végétales. Mais l'engouement pour les biocarburants, déclaré ces jours-ci par la France à l'occasion du Mondial de l'automobile, ne doit pas pour autant masquer les embûches. Car les plantes et les arbres concentrent l'essentiel de l'atome énergétique dans la paroi bien protégée de leurs cellules.

Toutes les grandes nations ont donc lancé leurs troupes de recherche vers cette citadelle encore bien mystérieuse. La première génération de biocarburant avait réussi, en esquivant cette bataille cellulaire. Les premières bio-raffineries au Brésil, aux Etats-Unis et progressivement en Europe tirent leur éthanol et leur gazole de la générosité des graines produites par les céréales ou les oléagineux. Le carbone y est présent sous sa forme la plus exploitable : des sucres ou des huiles. Le succès de ce coup d'essai n'est plus contesté : rien qu'aux Etats-Unis, 101 usines de production vont être rejointes par 36 nouvelles. Ce n'est toutefois plus suffisant, le rendement par hectare de biocarburant est trop faible. Pour la seconde génération de biocarburants, les chercheurs visent désormais la transformation de l'intégralité de la plante.

Pour les chimistes, le saut est douloureux : les chaînes hydrocarbonées du pétrole contiennent beaucoup de carbone et peu d'oxygène, un atome qui dilue la puissance énergétique d'un combustible. Depuis un siècle, la pétrochimie a réussi à élever les rendements de conversion de l'or noir. « Sur 100 atomes de carbone présents dans le pétrole, on sait en transformer 80 en carburant » indique Jean-Luc Duplan de l'IFP.

Le carbone des parois des plantes prend la forme de trois types de polymères : la lignine, la cellulose et l'hémicellulose. Ces longues molécules carbonées jouent chez les végétaux le rôle de charpente. La lignine, c'est plutôt la poutre, elle est longue, épaisse. L'hémicellulose jouerait le rôle des solives, comme la cellulose. Les plantes ont profité des quelques milliards d'années d'évolution pour développer ces remparts contre les attaques du monde vivant, qu'il soit microbien ou animal. Ce n'est donc pas un hasard si les procédés de première génération ne savent « digérer » que des molécules plus petites. Les meilleurs procédés actuels ne dépassent pas les 20 % de rendement : 80 atomes de carbone sont perdus sur les 100 contenus dans les cellules végétales. Les chercheurs rivalisent donc de travaux pour tronçonner les polymères et les transformer en molécules assimilables. Deux voies technologiques différentes sont explorées. La communauté des biologistes sophistique les procédés biotechnologiques utilisés pour la production d'éthanol de première génération. Il s'agit essentiellement d'améliorer la capacité de digestion des micro-organismes chargés de dégrader les polymères. Les Etats-Unis ont pris la tête de cette voie grâce au projet Genome to Life doté de 250 millions de dollars. Leur maîtrise des OGM débouche déjà sur des expérimentations de bioréacteurs performants.

Leurs recherches vont même plus loin puisqu'elles ambitionnent de modifier les végétaux pour doper leur taux de cellulose. Une stratégie qui implique un gros travail de compréhension des mécanismes complexes de la formation des polymères dans la cellule. La genèse de la cellulose et de l'hémicellulose commence à être bien comprise. Celle de la lignine reste encore mystérieuse.

Les physiciens et les chimistes, eux, ont fait le pari de passer en force avec la voie du craquage thermique des molécules. Ce procédé permet d'exploiter tous les polymères des végétaux, contrairement à la voie biologique qui n'exploite que la cellulose.

Partis en retard, les Français tentent de rattraper les leaders américains, allemands, nordiques et japonais. L'Agence nationale de la recherche encourage, depuis sa création en 2004, les initiatives dans le domaine. Pour Philippe Freyssinet, responsable du programme énergie et développement durable de l'agence, l'ANR a un effet structurant avec 8 millions d'euros consacrés cette année à la biomasse. L'effort mérite d'être poursuivi, la France a de loin le plus gros potentiel en ressource de biomasse, le double de celui de l'Italie ou de la Grande Bretagne.

Source : Les Echos

Dow Corning s'y met à son tour pour produire du silicium photovoltaïque

Selon la "Solar Energy Industries Association" (SEIA), le secteur du solaire photovoltaïque connaît depuis 5 ans une croissance annuelle de 30%, les constructeurs ont vendu en 2005 pour plus de 15 milliards de dollars de nouveaux produits à travers le monde.

En raison de cette forte croissance, l'approvisionnement en silicium cristallin (silicium pur à 99.99999%), matériau de base des cellules solaires et également utilisé par l'industrie microélectronique, n'arrive plus à suivre les besoins du marché. Dans le monde entier, il n'existe que quelques fabricants de silicium cristallin et leurs lignes de production sont déjà au maximum de leurs capacités. Lors d'une réunion, l'année dernière, du Conseil critique sur les matériaux, Sematech (association d'industries du semi-conducteur), les analystes ont prévu un manque de 6.000 tonnes de poly-silicium cette année, 12.000 tonnes en 2007, et 20.000 tonnes l'année suivante.

Les chercheurs de la compagnie Dow Corning viennent récemment d'annoncer qu'ils ont développé un matériau dérivé du silicium "métallurgique", qui peut être mélangé à du silicium poly-cristallin traditionnel de grande pureté pour fabriquer des cellules photovoltaïques de bonne qualité. Ce résultat pourrait permettre de faire face à la croissance de l'industrie photovoltaïque.

Grâce à l'utilisation du silicium "métallurgique", un matériau bien meilleur marché et pur à seulement 98%, la nouvelle technologie de Dow Corning a le potentiel de transformer de manière significative l'industrie photovoltaïque. Le silicium "métallurgique" est normalement employé dans les applications telles que le raffinage de l'acier, et comme ingrédient de base pour d'autres produits chimiques. La compagnie a l'intention d'accélérer fortement la production de ce nouveau type de silicium grâce à son usine située au Brésil à Santos Dumont. Le matériau composite final possède selon Rudy Miller, Directeur marketing chez Dow Corning, les mêmes performances et caractéristiques de fabrication que celui utilisé traditionnellement avec l'avantage d'être significativement moins cher.

Source : Enerzine