Réaliser un rêve centenaire de produire de l’électricité à partir de l’air

La recherche européenne élargit les options d’énergie propre, renforçant l’objectif de l’UE de devenir climatiquement neutre d’ici 2050.

Alors que l’Union européenne s’efforce d’atteindre la neutralité climatique d’ici le milieu du siècle, une équipe mère-fils aide à surmonter un obstacle potentiel : le nombre limité de sources d’énergie renouvelables qui pousse l’UE à s’éloigner des combustibles fossiles.

Andriy Lyubchyk est partenaire du projet CATCHER, qui vise à développer un mix énergétique propre en perfectionnant la conversion de l’humidité atmosphérique en électricité.

Vieux rêve

La technique consiste à récolter les minuscules charges d’électricité statique contenues dans les molécules d’eau gazeuse, omniprésentes dans l’atmosphère. Le processus est connu sous le nom d’hygroélectricité ou d’électricité d’humidité.

“Avec cette nouvelle source d’énergie renouvelable, nous pensons que nous augmenterons considérablement l’efficacité et les possibilités de la transition énergétique verte”, a déclaré Lyubchyk, PDG de la start-up portugaise Cascatachuva Lda. Il est également ingénieur chimiste à l’Université lusophone des sciences humaines et technologiques de Lisbonne, au Portugal.

Au début des années 1900, l’inventeur serbo-américain Nikola Tesla rêvait d’exploiter l’énergie de l’air. Il a mené une série d’expériences essayant de capter les charges électriques de l’atmosphère et de les transformer en courant électrique.

Depuis l’époque de Tesla, les scientifiques en ont appris davantage sur la formation et la libération de l’électricité dans l’atmosphère et ont découvert que la vapeur d’eau peut transporter une charge électrique.

Le savoir-faire pourrait être un coup de pouce pour l’UE, qui tire environ 22 % de son énergie des énergies renouvelables. Il est sur la bonne voie pour resserrer l’objectif de fin de décennie pour ces sources, qui comprennent également l’hydroélectricité, jusqu’à 45 %.

Mais, pour que l’Europe devienne climatiquement neutre d’ici 2050, les énergies renouvelables devront jouer un rôle encore plus important et l’hygroélectricité donnerait à l’UE plus d’options alors qu’elle cherche à abandonner le pétrole, le gaz naturel et le charbon.

Nouvelle technologie

Le projet CATCHER rassemble huit partenaires de six pays d’Europe pour explorer cette possibilité.

Bien que l’idée générale puisse être la même, la technologie particulière utilisée par CATCHER est très différente de celle de Tesla. Le projet utilise des cellules semblables à des panneaux en oxyde de zirconium, un matériau cristallin dur, pour capter l’énergie de l’humidité atmosphérique.

L’oxyde de zirconium est un matériau céramique largement utilisé pour des éléments tels que les implants dentaires, les matériaux avancés de type verre, l’électronique et le revêtement des barres de combustible nucléaire.

En explorant les propriétés des nanomatériaux fabriqués à partir d’oxyde de zirconium il y a sept ans, les chercheurs ont commencé à voir des preuves d’hygroélectricité, selon Svitlana Lyubchik, qui coordonne CATCHER et est la mère d’Andriy Lyubchyk.

Comme lui, elle est ingénieur chimiste à l’Université lusophone. Ils ont entrepris diverses initiatives pour tenter d’exploiter ce potentiel.

Les chercheurs en sont maintenant au point où une plaque de 8 sur 5 centimètres de leur matériau peut générer environ 0,9 volt dans un laboratoire avec une humidité d’environ 50 %. Ceci est comparable à la puissance de sortie d’une demi-pile AA.

Travaillant à rendre son matériau hygroélectrique plus efficace, l’équipe s’attend à ce qu’une fois perfectionnées, les cellules soient capables de récolter la même quantité d’électricité que des cellules photovoltaïques de taille similaire.

Les chercheurs pensent également que les cellules seront déployées de la même manière que les panneaux solaires, soit en tant que fermes électriques à grande échelle, soit en tant que source d’alimentation pour des bâtiments individuels.

États stables

Les cellules sont créées en produisant de très petites nanoparticules uniformes d’oxyde de zirconium, puis en les comprimant en une feuille de matériau avec une structure similaire comprenant une série de canaux ou capillaires.

La nanostructure génère des champs électriques à l’intérieur des capillaires qui séparent la charge des molécules d’eau absorbées de l’atmosphère, selon Andriy Lyubchyk.

Le résultat est une cascade de processus physico-chimiques, physiques et électrophysiques qui capturent l’énergie électrique.

À un égard, la nouvelle technologie aura un avantage sur l’énergie solaire et éolienne. Alors que les panneaux et les turbines doivent être positionnés pour capter la lumière du soleil et le vent, les cellules d’hygroélectricité n’ont pas besoin d’être placées en particulier car il existe peu de variations dans les niveaux d’humidité locaux.

Cela dit, les cellules hygroélectriques ne seront pas nécessairement une option partout car elles nécessitent un taux d’humidité minimum pour fonctionner.

“Par exemple, s’il fait -15 degrés dehors, donc tout est gelé, il n’y aura pas d’eau dans l’air”, a déclaré Andriy Lyubchyk.

Solution de plafond

Il est également coordinateur avec sa mère du projet SSHARE, qui travaille sur une application réelle en incorporant des cellules d’hygroélectricité dans un système de chauffage et de refroidissement.

“Nous combinons les deux technologies et les rendons autonomes”, a déclaré Andriy Lyubchyk.

Le système de chauffage et de refroidissement est basé sur un panneau radiant avancé qui peut être monté au plafond d’une pièce.

Des conduites d’eau perforées passent au-dessus du panneau pour l’alimenter en eau chaude ou froide, selon qu’il s’agit de chauffer ou de rafraîchir la pièce. Le panneau émet ensuite de la chaleur dans la pièce ou en absorbe la chaleur via l’humidité atmosphérique, un peu comme la peau peut émettre de la chaleur via la transpiration.

Le système doit être capable d’alimenter les pompes qui font circuler l’eau en utilisant l’hygroélectricité générée par le passage de la vapeur d’eau dans et hors du panneau.

Le système de chauffage autosuffisant montre comment l’hydroélectricité peut aider à stimuler la transition énergétique nette zéro, selon les chercheurs.

“Nous pouvons contribuer à la politique de l’UE en termes d’indépendance énergétique”, a déclaré Svitlana Lyubchik.