Énergies renouvelables : Les innovations et avancées scientifiques en 2016

Énergies renouvelables : Les innovations et avancées scientifiques en 2016

Les énergies renouvelables ont connu des avancées remarquables en 2016. Avec 23,7% de la production mondiale d’électricité à fin 2015, les énergies renouvelables ont profité en 2016 d’une série de progrès techniques qui promettent de rendre l’énergie durable de plus en plus efficace et abordable.

En effet, l’innovation est encore le moyen le plus sûr d’éviter les plus grands impacts du changement climatique. Aujourd’hui, les technologies renouvelables disponibles ne peuvent pas répondre à la demande énergétique mondiale, même si elles sont mises à l’échelle de manière agressive. Il est donc indispensables d’avoir des sources d’énergies renouvelables plus efficaces, un stockage moins coûteux, des réseaux plus intelligents et des systèmes efficaces de capture des gaz à effet de serre.

Voici quelques-unes des avancées scientifiques les plus prometteuses de 2016.

La photosynthèse artificielle

L’une des pièces manquantes dans le panel des sources d’énergie renouvelables est un carburant propre qui pourrait remplacer l’essence et les autres carburants de transport. Une des possibilités les plus prometteuses est la photosynthèse artificielle, imitant la méthode de la nature pour convertir la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau en carburants.

Des scientifiques de Harvard ont ainsi réussi à concevoir une feuille bionique qui reproduit la photosynthèse. Ainsi, le dispositif permet de séparer les molécules d’eau en oxygène et en hydrogène en absorbant l’énergie solaire avec une efficacité 10 fois supérieure au processus naturel. L’hydrogène ainsi récupérée est combinée à du dioxyde de carbone (CO2) pour produire un carburant liquide par l’intermédiaire d’une bactérie.

© Harvard Gazette

Il devient donc possible de produire un carburant propre à partir d’eau et d’énergie solaire en captant du CO2. Des applications commerciales sont envisagées dans les années à venir.

Le solaire thermophotovoltaïque

Au printemps 2016, une équipe de chercheurs du MIT a mis au point un dispositif solaire qui pourrait repousser les limites de rendement des panneaux solaires actuels. En effet, ces cellules solaires standard ne peuvent absorber que l’énergie d’une fraction du spectre de la lumière du soleil, principalement la lumière visuelle du violet au rouge.

Les scientifiques du MIT ont donc ajouté un composant intermédiaire composée de nanotubes de carbone et de cristaux. Ces nanotubes capturent l’énergie solaire sur l’ensemble du spectre de la lumière du soleil, y compris dans les longueurs d’onde invisibles d’ultraviolet et d’infrarouge, la concentrent et la convertissent en chaleur. Les cristaux adjacents aux nanotubes s’échauffent à des températures élevées et retransmettent l’énergie emmagasinée par les nanotubes sous forme de lumière dans les longueurs d’ondes que les cellules photovoltaïques peuvent capturer et convertir.

Selon les chercheurs, une version optimisée de la technologie pourrait un jour briser le cap théorique d’environ 30%d’efficacité des cellules solaires conventionnelles. En théorie, le rendement du thermophotovoltaïque pourrait atteindre des niveaux supérieurs à 80%. Ce système fonctionnant à partir de la chaleur, il pourrait continuer à fonctionner lorsque le soleil est caché par des nuages, réduisant ainsi l’intermittence actuelle de production de l’énergie solaire.

Si le dispositif était couplé avec un mécanisme de stockage thermique qui pourrait fonctionner à ces températures élevées, il pourrait offrir une énergie solaire continue le jour et la nuit.

Les cellules solaires photovoltaïques en pérovskites

Les cellules solaires en perovskites sont bon marché, faciles à produire et très efficaces pour absorber la lumière. Un film mince du matériau peut capturer autant de lumière qu’une couche relativement épaisse du silicium utilisé dans le photovoltaïque standard.

Un des défis les plus importants, cependant, a été la durabilité. Les composants qui absorbent l’énergie solaire ont tendance à se dégrader rapidement, en particulier dans des conditions humides et chaudes.

Plusieurs groupes de recherche dont Stanford, le laboratoire national de Los Alamos et de l’Institut fédéral suisse de technologie,  ont fait des progrès considérables dans l’amélioration de la stabilité des cellules solaires perovskites cette année.

Le stockage du CO2

La production d’électricité est responsable de 41% des émissions de CO2. La capture de ces émissions à la source est donc cruciale pour tout plan de réduction. Cette année a vu des progrès pour plusieurs approches émergentes de la capture du CO2. Sachant que près de 40 milliards de tonnes de CO2 sont produit par an, ces techniques posent la question de l’usage à faire du CO2 une fois capturé.

Une méthode semble particulièrement prometteuse : elle consiste à enfouir le dioxyde de carbone et le transformer en pierre. Depuis 2012, le projet CarbFix en Islande a enfoui du CO2 et de l’eau sous terre, où ils réagissent avec les roches basaltiques volcaniques qui sont abondantes dans la région.

Une analyse publiée en juin 2016 a révélé que 95% du CO2 avait minéralisé en moins de deux ans. De plus, il ne semble pas y avoir pour l’instant de fuites de gaz à effet de serre. Cette méthode serait ainsi moins chère et plus sûre que les approches d’enfouissement existantes.

 

Du dioxyde de carbone (CO2) à l’éthanol

Une autre option prometteuse pour le dioxyde de carbone capté est le recyclage en carburants utilisables.

En effet, des chercheurs du Laboratoire national d’Oak Ridge du département américain de l’Énergie ont découvert une méthode de conversion du CO2 en éthanol, un carburant liquide déjà utilisé comme additif dans l’essence. De plus, les matériaux utilisés pour réaliser la conversion sont relativement bon marché et le procédé fonctionne à température ambiante, deux avantages critiques pour toute commercialisation future.

En plus de convertir du dioxyde de carbone capturé, le procédé pourrait être utilisé pour stocker l’énergie excédentaire provenant de la production d’énergie éolienne et solaire.

A présent, attendons de voir ce que 2017 nous réserve !

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