Les problématiques environnementales actuelles nous imposent de rechercher de nouvelles sources d'énergie durables, performantes et peu polluantes afin de faire de la transition écologique une réalité. Dans cette quête, certaines poudres métalliques intéressent de plus en plus les spécialistes en raison de leur excellente densité énergétique et de leurs propriétés physico-chimiques remarquables. En particulier, la poudre de fer est un vecteur d'énergie prometteur.
L'exemple le plus célèbre datant d'octobre 2020 est celui de la mise en place réussie d'un système de chauffage à base de poudre de fer par des chercheurs de l'Université technique d'Eindhoven dans une brasserie néerlandaise. La poudre de fer est-elle l'énergie du futur ? SirEnergies vous aide à répondre à cette interrogation.
La poudre de fer, un vecteur d'énergie aux multiples potentialités
Ce combustible dérivé d'une source d'énergie primaire propre rencontre un grand succès aujourd'hui en raison de sa capacité à produire de la chaleur en grande quantité. L'énergie thermique est indispensable pour chauffer un logement, alimenter le système de propulsion de certains bateaux, ou encore faire avancer un moteur de voiture.
Elle est également essentielle pour faire fonctionner les centrales thermiques, nucléaires et électriques ou alimenter les fours ou catalyser des réactions chimiques à grande échelle, Si l'on doit se passer des énergies fossiles pour les applications industrielles diverses, les sources renouvelables auxquelles l'on pense en premier lieu sont l'électricité verte ou l'hydrogène. La transformation de l'électricité en chaleur pure entraîne cependant trop de déperditions énergétiques pour que le processus convienne aux applications industrielles les plus gourmandes sur le plan thermique.
L'hydrogène a un excellent pouvoir calorifique, mais la nature hautement explosive de ce composé augmente les risques à la sécurité pour les travailleurs en cas de mauvaise manipulation. La poudre de fer présente l'avantage de dégager par simple combustion beaucoup de chaleur, d'être stable, sûre et très facile à manipuler. Cette ressource est également abondante, ce qui favorise un usage à grande échelle par les industries métallurgiques, électroniques ou chimiques.
Grâce au développement des moteurs à combustion externe (pour l’automobile) fonctionnant avec un brûleur spécialisé, les grains ferreux pourraient constituer une alternative peu coûteuse pour faire cesser l'utilisation de l'essence et du diesel. Tout comme le charbon, la poudre de fer pourra également contribuer à la motorisation des grands bateaux.
La poudre de fer, une source naturelle abondante
Un vecteur d'énergie qui n'est pas suffisamment présent sur Terre ne saurait prétendre valablement à être une énergie du futur. Le fer est le quatrième élément le plus abondant dans la croûte terrestre. Juste derrière l'aluminium, il représente en effet 5 % de la composition des roches sous nos pieds. Ce pourcentage peut paraître petit, mais à l'échelle du volume considérable de la Terre, nous avons bien de quoi exploiter la ressource durant plusieurs années.
La poudre de fer pour le stockage d'énergie
Quand il s'agit du stockage d'énergie, ce vecteur se comporte réellement comme une batterie.
Un excellent combustible
Dans son état initial, la poudre de fer peut être considérée comme une batterie chargée. Elle dispose d'une densité d'énergie équivalant à peu près à 11,3 kWh/L, supérieure à celle de l'hydrogène qui est pourtant un très bon combustible. Il vous faut la brûler pour que l'énergie qu'elle contient se libère sous forme de chaleur.
Pour que tout se passe bien, il faut disposer de grains ferreux très fins. Ces derniers se prêtent mieux à la réaction de combustion quand ils sont en contact avec l'oxygène.
En oxydant le fer, on obtient de la rouille en plus de la chaleur dégagée. La rouille obtenue fait alors office de batterie déchargée. On remarque ici qu'il n'y a pas d'émission de CO2, le gaz à effet de serre caractéristique des combustions d'hydrocarbure.
Contrairement aux combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole ou le gaz naturel, l'utilisation de la poudre de fer est associée à une empreinte carbone zéro. Cela ne s'arrête pas là, ce vecteur d'énergie prometteur est recyclable à l'infini.
La poudre de fer, une ressource infiniment utilisable
La rouille issue de la combustion peut être recyclée pour produire à nouveau de la poudre de fer. C'est en quelque sorte comme si vous aviez rechargé votre batterie qui est encore prête à être utilisée.
Il suffit de retirer l'oxygène qui s'est associé aux atomes de fer en utilisant soit de l'électricité ou de l'hydrogène sous haute température. Bien évidemment, les procédés de désoxydation de la rouille sont complexes dans la pratique et nécessitent des investissements techniques conséquents pour une réussite totale de l'opération.
Le jeu en vaut cependant grandement la chandelle. En étant recyclable indéfiniment et non polluante, cette source naturelle abondante remplit bien les critères pour être une énergie du futur.
Le secteur de l'énergie métallique intéresse de grands investisseurs
Vous connaissez sans doute Bill Gates et Jeff Bezos, deux hommes d'affaires prestigieux faisant partie des plus grosses fortunes mondiales. Ils ont récemment décidé d'investir des fonds dans une start-up du nom de Form Energy.
L'entreprise développe des solutions innovantes centrées autour des poudres métalliques qu'elle considère comme les vecteurs énergétiques par excellence de demain. On connaît l'aptitude qu'ont ces illustres hommes d'affaires à se positionner en premier sur des marchés à potentiel de croissance très élevé. On peut donc en conclure que les solutions énergétiques à base de métaux seront très plébiscitées dans le futur.
Form Energy développe actuellement des prototypes de batteries stationnaires fer-air dans le but de stocker des énergies renouvelables. Après le plomb et le lithium, la batterie fer-air devrait constituer la grande révolution sur le marché du stockage d'énergie à des fins industrielles. Il s'agit d'une solution low cost (dix fois moins cher que les batteries lithium-ion actuelles) devant permettre le stockage d'énergie durant 150 heures, ce qui est une prouesse remarquable dans le domaine.
Cette batterie révolutionnaire fait intervenir des billes de fer qui s'oxydent lors de la décharge. Lors de la charge, la rouille obtenue est transformée en fer. Le processus apparaît simple, mais reste très performant.
Les batteries fer-air de la société américaine sont principalement destinées aux centrales éoliennes et solaires qui souhaitent emmagasiner durablement les surproductions d'énergie. La grande taille des modules empêche d'ailleurs l'utilisation de la technologie par des petites industries.
Que ce soit pour produire de la chaleur ou stocker de l'énergie, la poudre de fer constitue assurément un vecteur énergétique très prometteur. Bateaux, fusées, voitures, centrales nucléaires, solaires ou éoliennes, machines industrielles métallurgiques… Tous les grands systèmes industriels fonctionnant actuellement à base de combustion fossile pourraient devenir plus verts grâce à cette remarquable ressource naturelle.
Tous les critères (Recyclable à l'infini, non polluant, stable, non toxique, énergétiquement dense…) semblent réunis pour faire d'elle une énergie du futur. En ne se limitant pas uniquement à la poudre de fer, mais en prenant en compte toutes les poudres métalliques, il faudra toutefois intensifier les recherches scientifiques pour une meilleure connaissance de cette source d'énergie. Elle pourra alors jouer pleinement son rôle au côté des autres sources d'énergie (renouvelables ou non) pour la satisfaction de nos besoins énergétiques divers.
