Quand Ozgur Sahin et ses collègues de l'université de Columbia ont commencé à parler des générateurs d'évaporation comme source d'énergie renouvelable, nos yeux se sont embués. Comme le dit Nature Communications, les États-Unis pourraient-ils vraiment tirer 69% (environ 325 gigawatts) de leurs besoins en énergie de l’eau qui s’évapore de nos réservoirs, de nos lacs et de nos rivières?
La réponse courte est non. Les chiffres de Sahin sont basés sur l'extrapolation d'une étude à petite échelle d'une machine qu'il a inventée et qui génère de l'énergie par évaporation. Ce petit «moteur à évaporation», plat et plat, repose sur la surface d’une masse d’eau et utilise les variations d’humidité pour ouvrir et fermer des orifices de ventilation pouvant faire fonctionner un générateur. Pour obtenir le nombre, Sahin a multiplié la puissance qu'il tirait de ce dispositif par la superficie totale des lacs, des rivières et des réservoirs des États-Unis. Mais bien sûr, nous n'allons pas couvrir tous les lacs et toutes les rivières. Nous, et l'écosystème naturel, en avons besoin pour autre chose.
Mais cela ne signifie pas que nous ne pouvons pas profiter de la technologie et l'utiliser à plus petite échelle comme source d'énergie renouvelable. A quoi cela pourrait-il ressembler? Qu'est-ce qu'on attend? Voici cinq questions que vous pourriez avoir sur le pouvoir d'évaporation, répondu.
Vous pouvez obtenir de l'énergie de l'évaporation? Comment ça marche?
Le jouet d'oiseau de votre professeur de physique au lycée qu'il avait sur son bureau est la preuve que vous le pouvez. Une masse d'eau absorbe la chaleur du soleil (environ la moitié de toute l'énergie du soleil est utilisée de cette façon) et libère progressivement la vapeur dans l'air. La plus simple itération du moteur à évaporation est recouverte de bandes de ruban, elles-mêmes recouvertes de spores bactériennes. À mesure que la vapeur d'eau s'accumule sous les bandes de ruban, les bactéries l'absorbent et s'allongent. Cela provoque la flexion de la bande, ouvrant simultanément un évent à l'air et poussant un levier qui peut être converti de l'énergie mécanique en énergie électrique. L'évent libère de la vapeur, les spores se dessèchent et, en quelques secondes à peine, la bande se condense, l'évent se ferme et le cycle recommence.
Le document Sahin publié cette année faisait référence non seulement à sa propre technologie de captage d’énergie, mais également à tout type de récupérateur d’évaporation. Dans le cas du moteur de Sahin, que lui et ses collègues ont publié dans Nature Communications en 2015, il fonctionne via l'expansion et la contraction de spores bactériennes. Contrairement à une turbine dont le moteur est alimenté par la chaleur, les «muscles» formés des spores se dilatent et se contractent en fonction de l'humidité: lorsque l'humidité augmente, les spores se dilatent, allongeant les bandes de matériau semblable à du ruban auquel elles sont attachées. et ouvrir une sorte d'évent. Maintenant ventilé, l’humidité diminue, les spores se contractent, la ventilation se ferme et le cycle se réinitialise. Lorsque cela se produit, le mouvement des bandes pousse une petite roue et la rotation entraîne un générateur.
Le moteur d'évaporation se trouve ici à la surface de l'eau (bleue). Lorsque l'eau sur la surface inférieure s'évapore, elle génère un mouvement de va-et-vient semblable à un piston, qui produit de l'électricité si elle est connectée à un générateur. (Xi Chen) Cela pourrait-il remplacer le solaire ou d’autres sources d’énergie renouvelables?
Tout comme le solaire, le vent, l'hydroélectricité et presque tout le reste, l'énergie d'évaporation provient du soleil. L'énergie solaire est unique en ce qu'elle est obtenue directement, explique Axel Kleidon, scientifique en systèmes terrestres à l'Institut Max Planck, qui a révisé le dernier article de Nature Communications . Tous les autres comportent une sorte de processus intermédiaire qui diminue l'efficacité. Au rythme où les prix solaires chutent, il est peu probable que la puissance d'évaporation soit rentable par rapport aux panneaux solaires.
Kleidon étudie les conversions énergétiques des processus naturels à grande échelle. Par exemple, dit-il, l’énergie éolienne dépend de la lumière du soleil qui a été convertie en chaleur, puis en vent, de l’atmosphère, entraînant chaque fois une perte invisible en énergie solaire. En outre, plus vous installez d'éoliennes, moins il reste d'énergie dans l'atmosphère pour que chaque éolienne en sorte. La même chose serait vraie pour l'énergie d'évaporation.
Le sud et l'ouest des États-Unis ont la plus grande capacité de production d'électricité générée par l'évaporation à partir de lacs et de réservoirs. (Ahmet-Hamdi Cavusoglu) Si cela ne réduira pas considérablement le besoin d'autres sources d'énergie, alors que pouvons-nous en retirer?
Il n'y a pas de réponse unique aux besoins en énergie humaine. Même si nous ne produisons pas 70% de notre énergie de cette façon, cela peut toujours contribuer. Un petit pourcentage de la puissance totale calculée aurait encore un impact sur le secteur des énergies renouvelables. L’énergie éolienne, à l’heure actuelle, représente des dizaines de gigawatts, et l’énergie solaire encore moins, de sorte que même un faible pourcentage de l’énergie totale d’évaporation disponible aurait un impact considérable.
Mais il y a aussi des avantages au-delà du pouvoir. Lorsque vous récoltez de l'énergie, les taux d'évaporation ralentissent. En particulier dans l'ouest des États-Unis, où l'environnement est sec et les sources d'eau limitées, recouvrir des réservoirs peut aider à réduire l'évaporation globale, laissant plus d'eau pour l'irrigation et la consommation humaine.
De plus, ce type d'énergie pourrait répondre à l'un des défis actuels des énergies renouvelables, celui du stockage de l'énergie. L'évaporation se produit non seulement pendant le jour, mais également la nuit, lorsque la chaleur accumulée par le soleil du jour entraîne la vapeur dans l'air plus froid de la nuit. L'énergie solaire, et dans une moindre mesure, l'énergie éolienne meurent la nuit, c'est à ce moment-là que nous avons le plus besoin d'énergie. L'énergie d'évaporation pourrait compléter d'autres solutions à la demande à ce problème, telles que les batteries au lithium ionique, les batteries bleues ou l'énergie géothermique.
Quels effets secondaires cela pourrait-il avoir sur les lacs, les rivières et les écosystèmes?
Ce n'est pas quelque chose qui a été abordé dans la recherche de Sahin. Son groupe a analysé les chiffres, et il a expliqué que le contexte devait être analysé par d'autres personnes au fur et à mesure du développement de la technologie. Les évaluations environnementales devront être effectuées au cas par cas. Dans certains cas, cela impliquera d'étudier la faune qui vit sur et autour d'un plan d'eau. Dans d’autres, l’utilisation récréative, industrielle ou liée au transport de l’eau doit être abordée.
Même l'évaporation elle-même pourrait avoir un impact sur l'humidité de la zone environnante. Sur une grande échelle, souligne Sahin, l'humidité de l'air est dominée par les océans. Mais de petites poches d'air plus sec, où cette technologie ralentit l'évaporation, pourraient avoir des effets mineurs sur les plantes ou l'agriculture. Et cela pourrait avoir un effet significatif sur la température de l'eau qu'il recouvre. Mais tout dépend du pourcentage de chaque masse d'eau couverte.
Quels sont les obstacles à la mise en œuvre de cette technologie?
Rendez-le plus efficace. Scale it up. Faites des évaluations écologiques. Nous sommes au début d'un processus majeur. Bien qu'il soit raisonnable de penser que la technologie évoluera bien en répétant des blocs des dispositifs proposés, elle n'a été étudiée qu'à petite échelle - les recherches de 2015 portaient sur un seul moteur rotatif. Il peut exister d'autres possibilités d'accroître l'efficacité, telles que l'optimisation des matériaux et la réduction des coûts de production, ou la combinaison des systèmes dans des moteurs plus gros. Et les études environnementales devront évaluer les effets sur les écosystèmes où elles pourraient être déployées.
