La poudre de fer pourrait permettre de stocker l'énergie éolienne et solaire pour l'hiver dans des centrales à charbon mises hors service.

Le fer présente un potentiel économique et énergétique considérable en tant que vecteur énergétique. Crédit : Université technique de Darmstadt

Lorsque le vent et le soleil sont faibles en hiver, l'Europe a besoin de centrales électriques capables de fournir de l'énergie instantanément, et ce, de manière neutre en carbone. Jusqu'à présent, l'hydrogène et le captage et le stockage du carbone (CSC) sont considérés comme les solutions privilégiées. Cependant, ces deux technologies nécessitent des infrastructures qui n'existent pas encore. Un rapport d'experts de l'Institut d'économie de l'énergie de l'Université de Cologne (EWI), commandé par le projet Metal Energy Hubs de l'Université technique de Darmstadt et la Fondation DESERTEC, examine désormais une troisième option : le fer. L'Université technique de Darmstadt et le KIT collaborent depuis 2021 au projet Clean Circles, qui porte sur le fer comme source d'énergie.

Un cycle énergétique du fer

La poudre de fer finement broyée brûle sans libérer de CO₂ ; il reste de l'oxyde de fer. Si l'oxygène est éliminé de cet oxyde grâce à de l'hydrogène vert, le fer est « chargé » : l'énergie solaire et éolienne est alors stockée chimiquement dans la poudre. Ce fer peut être facilement stocké, transporté par bateau ou par train, et utilisé pour produire de l'électricité dans des centrales thermiques au charbon converties ou dans des réseaux de chauffage urbain. Le fer lui-même n'est pas consommé au cours du processus, mais alterne entre des états de « charge » et de « décharge ».

Stocker du fer pour passer l'hiver

L'étude montre que l'utilisation du fer comme vecteur énergétique présente un potentiel économique et énergétique considérable. Dans la zone de modélisation européenne, les coûts annuels du système pourraient diminuer de 15 milliards d'euros entre 2035 et 2045 par rapport à un scénario sans fer. Pour les années 2040 et 2045, le modèle prévoit même des économies d'environ 18 milliards d'euros par an.

« On considère souvent la décarbonation et la compétitivité comme deux notions opposées », explique le professeur Christian Hasse, coordinateur du Metal Energy Hub. « Cette étude montre que le fer, en tant que vecteur énergétique, peut contribuer à concilier ces deux aspects et, par conséquent, à réaliser des économies considérables. Ce potentiel économique significatif illustre également la contribution que nous, scientifiques, pouvons apporter lorsque nous prenons en compte le transfert des connaissances vers des applications concrètes dès le départ. Il est fascinant pour moi de constater comment des solutions concrètes pour la transition énergétique émergent de la recherche fondamentale. »

Continuer à utiliser l'infrastructure existante

Un avantage majeur réside dans la possibilité de maintenir l'infrastructure des centrales électriques existantes : d'ici 2045, environ 37 gigawatts de capacité des centrales au charbon et au lignite en Allemagne pourraient être convertis au combustible nucléaire ; à l'échelle européenne, ce chiffre atteindrait environ 83 gigawatts. La construction de nouvelles centrales serait ainsi quasiment inutile.

Parallèlement, la poudre de fer pourrait contribuer au stockage saisonnier d'énergie : en été, l'installation de stockage de poudre de fer modélisée serait remplie à environ 58 térawattheures et vidée en hiver. Sa capacité serait ainsi comparable à celle des installations de stockage de gaz allemandes. De plus, les centrales électriques converties pourraient couvrir environ 25 % des besoins en chauffage urbain de l'Allemagne.

Le fer ouvre également de nouvelles perspectives pour l'approvisionnement énergétique européen. Ce vecteur énergétique peut être produit majoritairement en Europe à partir d'électricité renouvelable, réduisant ainsi la dépendance aux importations d'énergie et contribuant significativement à renforcer la résilience du système. À l'inverse, si le développement des énergies renouvelables s'avérait plus lent que prévu, les importations d'énergie sous forme de fer pourraient constituer une sécurité supplémentaire.

Calculs du modèle jusqu'en 2045

Les résultats sont basés sur une modélisation pour l'Europe jusqu'en 2045, optimisant conjointement l'électricité, l'hydrogène et le chauffage urbain. Les économies et les capacités annoncées ne sont donc pas des prévisions, mais des scénarios issus de cette modélisation. Le fer élargit la gamme des vecteurs énergétiques disponibles. En tant que composante supplémentaire d'un système d'énergies renouvelables, il combine la possibilité d'un stockage saisonnier de l'énergie avec le maintien de l'utilisation des infrastructures existantes dans les secteurs des transports et de l'énergie.

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