- ZC-DCFC transforme le charbon en électricité sans combustion ni turbines
- Le système de Xie Heping contourne les limites de Carnot grâce à une conversion électrochimique directe
- La poudre de charbon réagit à l’intérieur de piles à combustible pour produire instantanément de l’électricité
Depuis plus d’un siècle, le charbon porte une stigmatisation environnementale que peu d’autres sources d’énergie partagent.
L’image familière des cheminées industrielles rejetant des fumées grises est devenue un symbole de pollution industrielle et de dérèglement climatique.
Pourtant, une équipe de recherche dirigée par Xie Heping à l’Université de Shenzhen affirme aujourd’hui avoir entièrement réécrit ce récit.
Comment fonctionne réellement un système sans combustion
L’équipe affirme que sa technologie ne brûle pas le charbon et produit de l’électricité sans libérer de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Le système, présenté comme une pile à combustible au charbon à émission carbone nulle, ou ZC-DCFC, remplace les procédés thermiques par une conversion chimique directe en électricité au sein d’un environnement cellulaire contrôlé.
Au lieu d’enflammer le charbon, le dispositif réduit le combustible en une fine poudre, puis le sèche et le purifie.
Le matériau traité subit ensuite un traitement de surface afin d’optimiser sa réactivité dans un environnement électrochimique.
L’oxygène pénètre du côté cathode de la pile à combustible, tandis que le charbon préparé alimente la chambre anodique.
À l’intérieur de la cellule, une membrane d’oxyde facilite l’oxydation directe des particules de charbon, générant de l’électricité sur place.
Cette approche élimine les étapes conventionnelles telles que la production de vapeur et l’utilisation de turbines mécaniques.
Les centrales à charbon traditionnelles fonctionnent selon un schéma indirect qui consiste à brûler le combustible pour produire de la chaleur, puis de la vapeur, et enfin un mouvement mécanique.
Cette chaîne en plusieurs étapes se heurte à un plafond théorique connu sous le nom de limite de Carnot, qui restreint généralement le rendement thermique à environ 40 %.
La pile à combustible au charbon à émission carbone nulle ne perd pas d’énergie liée à la combustion.
La nouvelle méthode convertit directement l’énergie chimique en électricité, avec un rendement potentiel pouvant atteindre 90 %.
Gérer le carbone sans le relâcher
Lorsque le charbon entre dans la chambre anodique, la réaction produit du dioxyde de carbone, immédiatement capté sur site.
Au lieu d’être rejeté dans l’atmosphère, le gaz est transformé catalytiquement en matières premières chimiques utiles, telles que le gaz de synthèse.
Il peut également être stabilisé sous forme de composés comme le bicarbonate de sodium, utilisé dans des applications industrielles, comme matière première chimique ou pour le traitement des gaz de combustion.
Cette gestion en boucle fermée rend le fonctionnement à la fois silencieux et propre, en contraste avec la combustion classique du charbon.
Cette approche pourrait s’avérer cruciale pour décarboner l’industrie chinoise des centres de données, en forte croissance, qui exige une alimentation électrique de base considérable tout en faisant face à une pression accrue pour réduire ses émissions.
Depuis 2018, le groupe de recherche de Xie a progressivement fait évoluer la technologie au fil d’itérations successives, en résolvant des problèmes persistants liés aux matériaux et à la durabilité des cellules.
Les premières versions des piles à combustible à carbone direct souffraient d’une faible densité de puissance et d’une durée de vie opérationnelle limitée.
La conception la plus récente améliore la montée en échelle des empilements, la stabilité à long terme et l’efficacité de conversion du carbone.
Xie affirme que le concept pourrait s’appliquer à des veines de charbon profondes situées à environ 1,9 kilomètre sous terre, en convertissant le charbon en électricité in situ sans opérations coûteuses d’extraction et de transport.
Si ces affirmations se vérifient, cette technologie pourrait marquer un tournant non seulement pour la Chine, mais aussi pour de nombreux pays qui ont depuis « abandonné » leurs mines de charbon face à la généralisation du pétrole brut.
Via SCMP
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