Un moteur à haut rendement transforme la chaleur des eaux usées en électricité
Les usines, centrales électriques, centres de données et navires de marchandise libèrent de la chaleur résiduelle qui pourrait constituer une source d'énergie utile. La mise au point d'un moyen efficace et rentable pour capter et utiliser cette chaleur résiduelle pourrait déboucher sur d'importantes économies de carburant et une réduction des émissions de CO2. Certaines méthodes permettent d'exploiter la chaleur résiduelle à haute et à basse température (moins de 100° C) mais plus la température diminue, plus l'efficacité baisse et plus les coûts sont élevés. Le projet THE EXERGYN DRIVE, financé par l'UE, a développé une technologie capable d'utiliser efficacement la chaleur résiduelle inférieure à 100° C. Ce nouveau moteur révolutionnaire et à haut rendement ne fonctionne qu'avec de l'eau chaude. Des matériaux intelligents pour récupérer l'énergie L'utilisation d'un alliage à mémoire de forme, appelé nitinol, permet de créer une énergie mécanique ou électrique à partir de la chaleur résiduelle à basse température. Ce matériau subit une transition de phase lorsqu'il est chauffé à des températures généralement inférieures à 100°C et revient à sa forme originale lorsqu'il refroidit. «Au cœur du moteur, des fils de nitinol reliés à un piston sont aspergés d'eau chaude et d'eau froide, ce qui provoque leur dilatation et leur contraction et permet ainsi d'entraîner un piston. Le chauffage et le refroidissement cycliques de plusieurs fils de nitinol dans le noyau du moteur créent une poussée qui fonctionne comme un système hydraulique, ce qui permet de faire tourner un générateur produisant de l'électricité», explique le Dr Kevin O'Toole, directeur de la recherche et du développement chez Exergyn Ltd. Le moteur produit 10 kW d'électricité à partir d'environ 200 kW d'énergie thermique dans l'eau chaude résiduelle. Le projet a consacré beaucoup d'efforts à l'amélioration du concept et à la modification du matériau, afin qu'il puisse fonctionner pendant des millions de cycles. À ce jour, les chercheurs d'Exergyn ont testé un câble unique au nitinol qui a atteint 10 millions de cycles sans aucune dégradation des performances, ce qui démontre la viabilité à long terme du moteur. Une technologie révolutionnaire Les systèmes actuels de récupération de chaleur utilisent en général la technologie du cycle organique de Rankine (ORC) pour générer de l'électricité en utilisant la chaleur résiduelle des usines de fabrication. Mais si cette technologie fonctionne bien pour des températures de l'ordre de 200 à 300° C, elle n'est pas efficace pour générer de l'électricité avec de l'eau chaude à moins de 100° C. «Selon les conditions, notre système peut surpasser l'ORC d'un facteur 3 à 6 aux températures inférieures à 100° C, ce qui assure sa viabilité commerciale. En outre, cette technologie n'exige pas d'échangeurs de chaleur, ce qui signifie que le moteur est plus compact et qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des gaz toxiques», déclare le Dr O'Toole. Faire la différence La quantité de chaleur résiduelle produite chaque année dans le monde équivaut à 12 années de consommation d'électricité dans l'UE. Il n'existe actuellement aucune autre technologie adaptée capable d'utiliser efficacement la chaleur résiduelle à basse température. Une fois complètement déployé, le moteur révolutionnaire de THE EXERGYN DRIVE capturera et utilisera l'eau chaude résiduelle pour réduire les coûts, ce qui permettra d'abaisser de 2 % les émissions mondiales de carbone. Le projet THE EXERGYN DRIVE estime qu'une solution commerciale pour ce type de moteurs pourrait générer un marché de 440 milliards d'euros au cours des prochaines années. En plus de la chaleur résiduelle de l'industrie du biogaz, les partenaires du projet espèrent que ce moteur pourrait bientôt toucher le marché de la géothermie et le marché maritime.
Mots‑clés
THE EXERGYN DRIVE, eaux chaudes usées, électricité, chaleur résiduelle à basse température, alliage à mémoire de forme
