Comment propulser des voitures avec des nanoparticules métalliques
Les moteurs à combustion interne dominent largement le secteur des transports. La combustion de combustibles fossiles en présence d'un oxydant (en général l'oxygène de l'air) libère l'énergie chimique emmagasinée dans les liaisons chimiques (pour la transformer en énergie mécanique), mais produit des gaz à effet de serre. Parmi les nombreuses solutions à l'étude, on trouve les moteurs à hydrogène et les batteries lithium-ion. Pour la première fois, dans le cadre du projet COMETNANO (Technologies for synthesis, recycling and combustion of metallic nanoclusters as future transportation fuels), financé par l'UE, des scientifiques ont étudié le potentiel des nanoparticules métalliques. Celles-ci, dix milles fois plus petites que l'épaisseur d'un cheveu humain, peuvent être utilisées comme carburant propre pour les moteurs à combustion interne. Dans l'idéal, la combustion des métaux produit de l'énergie ainsi que des oxydes métalliques, sans émissions nuisibles. Le consortium du projet a donc étudié la faisabilité dans le principe d'une combustion propre, avec recyclage du carburant à l'aide d'énergies renouvelables. En se basant sur la disponibilité, la toxicité, le cours du marché et la densité de puissance, les chercheurs ont choisi le fer, l'aluminium et le bore pour les étudier plus avant. Les résultats des premiers tests ont montré les capacités prometteuses de la combustion fer-air. La combustion aluminium-air a aussi été étudiée au vu de son intérêt scientifique plus large, mais ce métal semble avoir des caractéristiques de combustion moins favorables, un plus grand impact sur l'environnement et un coût de production supérieur. Des études approfondies menées au cours du projet se sont penchées sur le mécanisme fondamental de la combustion des nanoparticules de fer. COMETNANO a mis au point des modèles personnalisés de simulation de la combustion fer-air, basés sur des données expérimentales décrivant les principaux principes contrôlant les processus d'écoulement de dispersion, d'injection et de combustion. En parallèle, les scientifiques ont mis au point un processus permettant de récupérer les déchets ferreux des industries de l'acier pour fabriquer des nanoparticules de fer et sont parvenus à utiliser la procédure de synthèse dans des conditions de laboratoire. D'autre part, un nouveau système pour la préparation des nanoparticules métalliques a pu être testé pour valider le concept. COMETNANO a également évalué les risques sanitaires potentiels liés à l'exposition aux nanoparticules. Le consortium a effectué la démonstration d'une récupération totale des nanoparticules utilisées à l'aide d'approches personnalisées de la technologie bien établie des filtres de particules pour moteurs diesel. Il a lancé une étude de la toxicité des nanoparticules, incluant des scénarios de défaillance partielle de la combustion et l'intégration de modules simples de sûreté. Des analyses des coûts ont montré qu'en respectant certaines conditions préalables, les carburants métalliques pouvaient faire concurrence aux carburants fossiles taxés sur leurs émission de CO2, tout en étant moins coûteux que plusieurs autres carburants alternatifs prétendus «renouvelables». COMETNANO a démontré la faisabilité dans le principe de l'utilisation de nanoparticules métalliques comme carburant des moteurs à combustion interne. Ces résultats ouvrent la voie à d'autres travaux de recherche et développement, avec d'importants avantages potentiels pour les secteurs de l'automobile et des métaux ainsi que pour l'environnement.
Mots‑clés
Nanoparticules métalliques, combustible usé, moteurs à combustion interne, COMETNANO, combustion fer-air
