Une nouvelle machine à piston révolutionne la valorisation de la chaleur perdue
La chaleur résiduelle industrielle, une ressource inexploitée, représente un potentiel énergétique considérable. Générée en abondance, elle demeure pourtant largement sous-utilisée. C'est dans ce contexte que des chercheurs de l'Empa, en collaboration avec leurs partenaires, ont mis au point une machine innovante basée sur une technologie de moteur inédite, susceptible de transformer notre approche de la récupération d'énergie.
Les bonnes idées font parfois des chemins surprenants. Pendant des années, des spécialistes de l'Empa ont travaillé sur une commande de soupapes innovante pour les moteurs à combustion - à l'aide de soupapes à commande électrohydraulique, qui permettent d'organiser le changement de gaz de manière beaucoup plus flexible qu'avec la technologie traditionnelle des arbres à cames. Dans un moteur à essence, la consommation de carburant a ainsi pu être réduite d'environ 20 pour cent en fonctionnement normal typique pour les voitures de tourisme. Entre-temps, cette approche est développée pour les moteurs flexibles de véhicules utilitaires en collaboration avec un fabricant de camions.
Mais cette technologie pourrait désormais permettre des progrès dans un autre domaine. L'Empa a attribué à son ancien doctorant Andyn Omanovic une « bourse d'entrepreneur » pour mettre sur le marché un nouveau type de moteur à piston équipé de cette commande. La commercialisation sera assurée par etavalve GmbH, un spin-off de l'Empa et de l'ETH Zurich, cofondé par l'expert en hydraulique Wolfgang Schneider, qui a participé au développement de la technologie.
Utiliser la chaleur résiduelle
L'idée est d'utiliser la chaleur résiduelle des processus de l'industrie métallurgique ou du ciment et d'autres domaines de manière plus efficace qu'avec les méthodes actuelles qui utilisent des turbines. Comme le cylindre et le piston forment un espace fermé, la compression et l'expansion du processus s'effectuent de manière presque idéale, ce qui permet un rendement énergétique extrêmement élevé : la chaleur perdue est transformée en force mécanique par les pistons, avec laquelle de l'électricité est finalement produite. Mais ce processus n'est réalisable que grâce à la nouvelle commande flexible des vannes, explique Andyn Omanovic. « Les turbines sont surtout efficaces pour les températures élevées et pour des exigences de puissance de plusieurs centaines de mégawatts, mais pour les plages de température d'environ 500 à 900 degrés, pour lesquelles la chaleur perdue est irrégulière, et jusqu'à une plage de puissance de quelques mégawatts, notre machine à piston est mieux adaptée. » Le potentiel est élevé : pour l'Allemagne, la quantité de chaleur résiduelle industrielle supérieure à 300 degrés a été chiffrée en 2016 à environ 10 térawattheures par an. À titre de comparaison : en Suisse, selon l'Association des entreprises électriques suisses (AES), la consommation totale d'électricité s'élèverait à environ 57 térawattheures en 2022.
Utiliser des installations de charbon végétal respectueuses du climat
L'utilisation de la chaleur résiduelle des installations de pyrolyse, qui transforment la biomasse en charbon végétal afin de fixer durablement le carbone – un procédé sur lequel travaillent également des chercheurs de l'Empa – est également prometteuse. Ce procédé génère comme sous-produit des gaz dits faibles, qui contiennent du méthane et des polluants gazeux et qui doivent être brûlés, conformément à la loi. « Cela se fait parfois souvent avec une torche à gaz sans aucune valorisation de l'énergie, nous utilisons la chaleur qui en résulte pour produire de l'électricité avec notre machine à piston », relève Andyn Omanovic
Pour en savoir plus sur le thème des machines, consultez le dossier spécial Machines de l'édition d'avril de RTS.
Contribution de: Norbert Raabe
Source d'image: Empa