Applications de l'industrie de l'énergie
L’avenir de l’énergie
La transition mondiale vers les énergies renouvelables nécessite des approches innovantes en matière de développement des matériaux et d’optimisation des processus. L’analyse thermique permet de tester efficacement de nouveaux matériaux pour la production d’énergie et d’évaluer leur utilisation dans des installations réelles. Les matériaux sont ainsi développés de manière ciblée afin de préserver les ressources et de réduire les émissions de CO₂.
Propriétés thermiques des combustibles
La mesure de Conductivité thermique, capacité thermique et dilatation thermique des combustibles classiques comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel permet d’optimiser les processus de combustion. L’analyse thermique fournit des données importantes pour la conception des chaudières de centrales électriques et des composants de turbines et permet d’obtenir un rendement énergétique maximal avec une usure minimale des matériaux.
Alimentation en énergie par la lumière du soleil
Plus de 90 % des modules solaires déjà installés aujourd’hui sont fabriqués à partir de plaquettes de silicium polycristallin. Le reste repose sur des cellules solaires à couches minces, dont on s’attend à ce que la part de marché atteigne 20 % d’ici 2020 (source : DECHEMA e.V., La chimie, un moteur d’innovation dans la recherche sur les matériaux). Dans le cadre de la lutte contre le changement climatique, de la protection de nos ressources et de la transition énergétique, l’approvisionnement en énergie par le biais du photovoltaïque et autres est appelé à jouer un rôle de plus en plus important.
La recherche sur les matériaux doit donc développer des cellules solaires qui produisent des technologies rentables, efficaces et durables afin d’utiliser efficacement l’énergie solaire.
Les matériaux du futur :
- Cellule solaire au séléniure de cuivre, d’indium et de gallium
- Cellules solaires en couches minces
- Photovoltaïque organique (hétérojonctions polymères, cellules sensibilisées aux colorants, systèmes hybrides organiques-inorganiques)
Matériaux de cellules solaires innovants
Outre le silicium classique, de nouveaux types de cellules comme le CIGS, le tellurure de cadmium ou la pérovskite sont au cœur des développements actuels. L’objectif de la recherche est d’améliorer le rendement, de réduire les coûts de fabrication et d’augmenter la durée de vie dans des conditions climatiques changeantes. Les méthodes d’analyse des matériaux permettent un contrôle précis de la qualité des plaquettes, des substrats et des couches minces.
Développement de piles à combustible
La stabilité thermique et l’efficacité électrochimique sont essentielles pour les piles à combustible. Outre les piles à combustible à membrane électrolytique polymère (PEMFC) et les piles à combustible à oxyde solide (SOFC), des systèmes hybrides permettant des conditions de fonctionnement flexibles sont étudiés. Les techniques d’analyse thermique telles que la thermogravimétrie ou la DSC permettent d’étudier la dégradation, le vieillissement des membranes et le comportement des réactions.
Les matériaux du futur :
- Piles à combustible à membrane
- Piles à combustible à carbonate fondu
- Pile à combustible à oxyde solide
Un approvisionnement énergétique durable grâce aux Molten Salts
L’utilisation de Molten Salts joue un rôle de plus en plus important dans l’approvisionnement en énergie durable. Ces matériaux stables à haute température offrent des propriétés thermiques remarquables qui sont essentielles dans des applications telles que les réacteurs à fission nucléaire et les centrales solaires.
En particulier, le sel fondu FLiNaK, un mélange de fluorure de lithium (LiF), de fluorure de sodium (NaF) et de fluorure de potassium (KF), joue un rôle clé dans ces technologies, car il présente une conductivité thermique exceptionnelle.
Exemples pratiques et applications industrielles
- Optimisation des installations solaires thermiques grâce à une sélection ciblée des matériaux
- Analyse et recyclage des modules photovoltaïques
- Contrôle de la qualité des combustibles pour les fournisseurs d’énergie
- Études à long terme sur les matériaux de stockage de chaleur dans les centrales électriques