Résumé :
L'équipe de recherche de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) en Allemagne a récemment publié les derniers résultats de recherche soulignant que la poudre de fer devrait devenir un élément important du futur système d'énergie propre. Non seulement ce combustible recyclable pourrait aider à stocker et à transporter l’énergie renouvelable, mais il pourrait également offrir de nouvelles utilisations aux centrales électriques au charbon mises hors service, améliorant ainsi la stabilité du système électrique tout en atteignant les objectifs de neutralité climatique.
Le système énergétique de la poudre de fer fonctionne sur la base d'un processus cyclique, ont indiqué les chercheurs. Lorsque la poudre de fer brûle, elle dégage de la chaleur et forme de l’oxyde de fer, également appelé rouille. L’hydrogène produit à partir d’énergies renouvelables peut ensuite éliminer l’oxygène de l’oxyde de fer, le réduisant ainsi en fer métallique afin qu’il puisse être réutilisé. Aucun dioxyde de carbone n’est émis pendant tout le cycle et aucun polluant nocif pour l’environnement n’est produit.
L'équipe de recherche estime que l'un des plus grands avantages de cette technologie est sa capacité à utiliser les installations de production d'électricité au charbon existantes. Les caractéristiques de combustion du fer pulvérisé étant très proches de celles du charbon, de nombreuses centrales électriques au charbon peuvent être modernisées sans avoir à les reconstruire complètement. Les chercheurs ont souligné que les travaux de modification se sont principalement concentrés sur les équipements de combustion et de production de chaleur, tandis que des installations clés telles que les turbines à vapeur, les générateurs et les systèmes de connexion au réseau peuvent continuer à être utilisées.
Pour les pays dotés d'une vaste infrastructure électrique au charbon, cette option est très intéressante. Les chercheurs ont déclaré que, en prenant l'exemple de l'Allemagne, les centrales électriques, les réseaux de chaleur et les installations connexes existants pourraient acquérir une nouvelle vitalité, réduisant ainsi le coût de la transition énergétique.
En plus de la production d'électricité, la poudre de fer est également considérée comme un vecteur potentiel de transport d'énergie sur de longues distances. Les chercheurs envisagent d’utiliser l’électricité renouvelable pour produire de l’hydrogène dans des parcs éoliens côtiers ou des bases solaires dans le désert, puis d’utiliser l’hydrogène pour réduire l’oxyde de fer en poudre de fer. La poudre de fer peut ensuite être transportée vers des zones exigeantes en énergie et brûlée pour libérer l’énergie stockée.
Par rapport à l'hydrogène, la poudre de fer présente des avantages évidents en matière de stockage et de transport. L’hydrogène nécessite généralement des pipelines dédiés, des terminaux d’importation et des installations de stockage souterraines, tandis que la poudre de fer peut être stockée et transportée de manière plus simple pendant de longues périodes, réduisant ainsi potentiellement les investissements dans la construction d’infrastructures énergétiques à grande échelle. L’excédent d’électricité renouvelable en Europe peut également être utilisé pour compléter le processus de régénération de la poudre de fer, formant ainsi un système de cycle énergétique régional.
Afin d'évaluer le potentiel réel de cette technologie, l'équipe de recherche a élargi le modèle énergétique PERSEUS existant sur la base des résultats du projet de recherche « Clean Circles » pour inclure les centrales électriques à combustible ferreux, les installations de régénération du fer et les réseaux de stockage et de transport dans le système de simulation. Les chercheurs ont ensuite construit un modèle de système énergétique européen neutre pour le climat pour 2050 et ont comparé la solution de poudre de fer à des technologies telles que le stockage d’énergie par batterie, le stockage d’énergie à base d’hydrogène et la production d’énergie à base d’hydrogène.
Les résultats de la simulation montrent que dans tous les scénarios étudiés, l'option d'utiliser des centrales électriques alimentées au fer apparaît dans la combinaison de systèmes énergétiques la moins coûteuse. Cependant, les chercheurs ont également souligné que ce résultat ne signifie pas que la poudre de fer remplacera l’énergie hydrogène, mais qu’elle deviendra plutôt un complément important à cette dernière.
Des recherches ont montré que la technologie de la poudre de fer est particulièrement utile dans les pays et les régions qui manquent de ressources hydroélectriques ou ne disposent pas de conditions de stockage souterrain d'hydrogène. Dans ces endroits, la poudre de fer peut contribuer à maintenir l’alimentation électrique stable lorsque l’énergie éolienne et solaire est insuffisante pendant de longues périodes. En outre, la poudre de fer peut également répondre à une partie des besoins en matière de transport et de stockage d'énergie lorsque la capacité des pipelines d'hydrogène et des terminaux d'importation est proche de la limite supérieure.
Le responsable de la recherche a déclaré que la poudre de fer pourrait jouer un rôle unique et économiquement précieux pour atteindre la neutralité climatique et améliorer la fiabilité des énergies renouvelables à l'avenir. Cependant, la question de savoir si le « nouvel âge du fer » est réellement arrivé dépend encore de deux questions clés : dans quelle mesure des modifications à grande échelle sont nécessaires aux centrales électriques au charbon existantes et si le processus de réduction de l'oxyde de fer en fer métallique peut atteindre un rendement et une économie suffisamment élevés.
L'équipe de recherche estime que les résultats de simulation actuels montrent que la poudre de fer a le potentiel de devenir un élément important du futur système énergétique européen neutre pour le climat, mais sa compétitivité ultime doit encore être prouvée par une vérification technique réelle et une application commerciale. À mesure que la transformation énergétique mondiale continue de progresser, ce matériau métallique apparemment traditionnel pourrait jouer un nouveau rôle stratégique dans la future ère des énergies propres.
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