Antora installe la « première démonstration au sol au monde, d’une batterie thermique capable de produire de la chaleur et de l’électricité sans émission de carbone pendant plusieurs jours ».
La startup Antora Energy, soutenue par Bill Gates, s’apprête à lancer une batterie thermique modulaire et conteneurisée, conçue pour stocker l’énergie renouvelable au coût le plus bas possible, puis la restituer efficacement sous forme d’électricité ou de chaleur industrielle.
Tout cela au nom de la décarbonisation de l’industrie lourde – une tâche qui doit tout simplement être accomplie, mais qui est délicate compte tenu de la nature intermittente des énergies renouvelables. Il est facile pour les usines de fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 lorsque des combustibles fossiles sont disponibles pour produire la chaleur nécessaire, mais qu’en est-il lorsque le soleil ne brille pas ?
Il existe déjà des batteries thermiques « grille-briques » comme celle de Rondo, qui proposent une solution : utiliser une énergie renouvelable bon marché pour chauffer de vieilles briques d’argile dans des conteneurs isolés, puis récupérer cette énergie en fonction des besoins à environ un cinquième du coût d’une batterie chimique, sous forme de chaleur industrielle à une température pouvant atteindre 1 500 °C. En utilisant des matériaux abondants et bon marché, Rondo espère déployer cette solution à une échelle colossale, avec pour objectif de réduire les émissions mondiales de CO2 de 15 % d’ici 15 ans.
La première unité de démonstration de l’entreprise, déployée dans les installations de Wellhead Electric Company en Californie.
Antora estime que son système à base de carbone pourrait être encore moins cher et plus utile. Plus utile parce qu’il est plus chaud, capable de fournir de la chaleur à plus de 2 000 °C, ce qui le rend immédiatement pertinent pour d’énormes segments industriels tels que la fabrication de l’acier. Et parce que l’énergie peut également être récupérée sous forme d’électricité grâce à des panneaux thermophotovoltaïques très efficaces.
Andrew Ponec, cofondateur et PDG d’Antora, a expliqué le choix des blocs de carbone dans un article publié sur Medium, mais en substance :
- En tant que déchet de plusieurs autres processus industriels et intrant courant de l’industrie métallurgique, ces blocs sont disponibles en quantités pratiquement illimitées, par le biais de chaînes d’approvisionnement bien établies.
- « Ils comptent parmi les matériaux de stockage thermique en vrac les moins chers du marché, avec un coût d’environ 1 USD/kWh, soit environ 50 fois moins cher que les batteries au lithium-ion.
- Ils sont non toxiques, exempts de conflits et ne posent aucun problème environnemental sous forme solide.
- Une conductivité thermique élevée et une grande résistance mécanique, qui augmente avec la chaleur, permettent au carbone solide d’absorber rapidement de grandes quantités d’énergie.
- Les blocs restent solides à plus de 3 000 °C, soit environ deux fois la température à laquelle l’acier fond, ce qui permet d’éviter de nombreux problèmes liés aux sels fondus et à d’autres moyens de stockage de la chaleur sous forme liquide.
- Grâce à leur densité énergétique élevée, ces blocs de carbone sont faciles à transporter et les batteries thermiques d’Antora sont peu encombrantes sur le site.
- Ils sont compatibles avec les applications à très haute température.
Des coûts de matériaux très bas et une densité de stockage d’énergie volumétrique massive
« Le dernier avantage de l’extrême stabilité du carbone à la température est lié au transfert de chaleur », écrit Andrew Ponec. « Le transfert de chaleur par rayonnement est proportionnel à la température de l’objet source élevée à la quatrième puissance (T⁴), de sorte que si vous doublez la température, vous multipliez par 16 le transfert de chaleur par rayonnement. C’est un facteur d’échelle puissant ! Il en résulte qu’à des températures supérieures à 1 500 °C, le transfert de chaleur fonctionne de manière totalement différente de ce à quoi nous sommes habitués à la température ambiante. Le rayonnement domine la conduction et la convection. Par exemple, à 2 000 °C, plus de 99 % du transfert de chaleur se fait par la lumière, et non par la conduction et la convection ».
Le système d’Antora exploite donc l’éclat thermique de ses briques de carbone en utilisant le rayonnement lumineux, ce qu’Andrew Ponec décrit comme « beaucoup plus simple, moins cher et plus fiable que les autres solutions ». Si le client souhaite récupérer l’énergie sous forme de chaleur, le système chauffera des tubes contenant de la vapeur, de l’air chaud ou un autre fluide de traitement, qui pourront être acheminés dans l’installation là où la chaleur est nécessaire.
Si le client souhaite de l’électricité, Antora peut convertir la chaleur pour la lui fournir. « Nous la faisons briller sur des panneaux photovoltaïques modifiés (semblables à des panneaux solaires) pour produire de l’électricité », explique Andrew Ponec. « Notre équipe a mis au point un moteur thermique à semi-conducteurs qui établit un record mondial en convertissant la chaleur rayonnante en électricité avec seulement quelques micromètres de matériau et aucune pièce mobile. C’est une histoire pour un autre jour, mais pour l’instant, disons qu’il est très utile de disposer d’un dispositif compact, dense en énergie, évolutif et efficace capable de convertir la chaleur en électricité ! »
Un four d’essai brille à plus de 1 500 °C
Cela nous fait penser à une cellule thermophotovoltaïque (TPV) révolutionnaire du MIT dont nous avons parlé l’année dernière, capable de convertir la chaleur en électricité à des niveaux d’efficacité d’environ 40 % – ce qui est nettement mieux que l’humble turbine à vapeur, dont le rendement moyen est plus proche de 35 %. Les chercheurs impliqués ont d’ailleurs mentionné un système de stockage et de récupération de la chaleur à base de graphite comme l’un de leurs principaux objectifs.
Antora étant également une spin-out du MIT, nous nous sommes demandé si ce n’était pas ce moteur thermique TPV qui était utilisé dans le système de batterie carbone-chaleur d’Antora. Mais non, il semble qu’il utilise une cellule TPV à l’arséniure de gallium et d’indium différente, développée par une autre équipe, dont l’efficacité a été démontrée à 38,8 % dans un article publié en novembre dernier dans la revue Joule.
Antora a déclaré à MIT News qu’elle avait déjà ouvert une usine de fabrication de ces cellules TPV – la plus grande usine de ce type au monde, avec une capacité prévue de 2 MW de cellules par an. Elle travaille sur des projets industriels de l’ordre de 30 à 60 MW, à travers les États-Unis, et s’attend à ce que des installations de batteries au carbone soient mises en service à partir de 2025 environ, et la société espère se développer de manière agressive.
Les batteries thermiques au carbone sont conteneurisées, de sorte qu’elles peuvent être assemblées dans une usine centrale et facilement expédiées sur le site, où les clients peuvent en installer autant qu’ils en ont besoin dans une formation modulaire.
https://news.mit.edu/2023/alumnus-thermal-battery-antora-energy-0818
