Une nouvelle molécule pour amplifier considérablement le potentiel de l'énergie solaire

Non seulement le soleil est la source d'énergie la plus abondante connue de l'homme, mais il est infiniment renouvelable, tant qu'il est toujours là. Il continue de générer quotidiennement des quantités étonnantes d'énergie, qu'il pleuve ou qu'il vente. L'énergie solaire peut être collectée et stockée de différentes manières, et l'utilisation de l'énergie solaire n'émet pas de gaz à effet de serre, ce qui peut aider à réduire l'impact du changement climatique. Pour ces raisons, l'énergie solaire est de plus en plus choisie comme principale source d'énergie renouvelable. Ce n'est qu'une question de temps avant que l'humanité ne trouve des moyens d'utiliser plus efficacement l'énergie solaire - comme l'innovation décrite ci-dessous.

Manipuler la lumière du soleil

Il existe deux principaux types d'énergie solaire : le photovoltaïque (PV) et l'énergie solaire à concentration (CSP), également appelée énergie solaire thermique. Le photovoltaïque convertit directement la lumière du soleil en électricité en utilisant des cellules solaires dans des panneaux solaires. L'énergie solaire concentrée utilise la lumière du soleil pour chauffer un fluide qui génère de la vapeur et alimente une turbine pour créer de l'énergie. Le PV représente actuellement 98 % de l'énergie solaire mondiale, le CSP représentant les 2 % restants.

Le PV et le CSP varient dans la manière dont ils sont utilisés, l'énergie produite et les matériaux utilisés dans leur construction. L'efficacité de l'énergie produite avec le PV reste constante avec la taille du panneau solaire, ce qui signifie que l'utilisation d'un panneau solaire plus petit qu'un plus grand n'augmentera pas le taux de production d'énergie. Cela est dû aux composants Balance-of-System (BOS) qui sont également utilisés dans les panneaux solaires, qui comprennent le matériel, les boîtiers de combinaison et les onduleurs.

Avec CSP, plus c'est gros, mieux c'est. Comme il utilise la chaleur des rayons du soleil, plus il y a de lumière solaire collectée, mieux c'est. Ce système est très similaire aux centrales électriques à combustible fossile utilisées aujourd'hui. La principale différence étant que le CSP utilise des miroirs qui réfléchissent la chaleur de la lumière du soleil pour chauffer les fluides (au lieu de brûler du charbon ou du gaz naturel), qui génèrent de la vapeur pour faire tourner les turbines. Cela rend également le CSP bien adapté aux centrales hybrides, telles que les turbines à gaz à cycle combiné (CCGT), qui utilisent l'énergie solaire et le gaz naturel pour faire tourner les turbines, générant de l'énergie. Avec CSP, la production d'énergie provenant de l'énergie solaire entrante ne produit que 16 % d'électricité nette. La production d'énergie CCGT produit environ 55 % d'électricité nette, bien plus que le CSP seul.

De modestes débuts

Anders Bo Skov et Mogens Brøndsted Nielsen de l'Université de Copenhague tentent de développer une molécule capable de récolter, stocker et libérer l'énergie solaire plus efficacement que le PV ou le CSP. En utilisant le système dihydroazulène/vinyl hepta fulvène, DHA/VHF en abrégé, le duo a fait de grands progrès dans ses recherches. Un problème qu'ils ont rencontré au départ était qu'à mesure que la capacité de stockage des molécules DHA/VHF augmentait, la capacité à retenir l'énergie sur une longue période de temps diminuait. Mogens Brøndsted Nielsen, professeur au Département de chimie, a déclaré : « Indépendamment de ce que nous faisions pour l'empêcher, les molécules changeaient de forme et libéraient l'énergie stockée après seulement une heure ou deux. La réussite d'Anders est qu'il a réussi à doubler la densité d'énergie dans une molécule qui peut conserver sa forme pendant cent ans. Notre seul problème maintenant est de savoir comment faire en sorte qu'il libère à nouveau l'énergie. La molécule ne semble pas vouloir changer à nouveau de forme. »

Étant donné que la forme de la nouvelle molécule est plus stable, elle peut conserver l'énergie plus longtemps, mais elle facilite également le travail. Il existe une limite théorique à la quantité d'énergie qu'une unité de molécules peut contenir, c'est ce qu'on appelle la densité d'énergie. Théoriquement, 1 kilogramme (2.2 livres) d'une soi-disant «molécule parfaite» peut stocker 1 mégajoule d'énergie, ce qui signifie qu'elle peut contenir le maximum d'énergie et la libérer si nécessaire. C'est approximativement assez d'énergie pour chauffer 3 litres (0.8 gallons) d'eau de la température ambiante à l'ébullition. La même quantité de molécules de Skov peut chauffer 750 millilitres (3.2 pintes) de la température ambiante à l'ébullition en 3 minutes, ou 15 litres (4 gallons) en une heure. Alors que les molécules DHA/VHF ne peuvent pas stocker autant d'énergie qu'une "molécule parfaite", c'est une quantité importante.

La science derrière la molécule

Le système DHA/VHF est composé de deux molécules, DHA et VHF. La molécule DHA est responsable du stockage de l'énergie solaire et le VHF la libère. Ils le font en changeant de forme lorsqu'ils sont introduits dans des stimuli externes, dans ce cas la lumière du soleil et la chaleur. Lorsque le DHA est exposé à la lumière du soleil, il stocke l'énergie solaire, ce faisant, la molécule change sa forme en forme VHF. Au fil du temps, le VHF collecte la chaleur, une fois qu'il en a collecté suffisamment, il revient à sa forme DHA et libère l'énergie solaire.

A la fin de la journée,

Anders Bo Skov est plutôt enthousiasmé par la nouvelle molécule, et pour cause. Même s'il ne peut pas encore libérer de l'énergie, Skov déclare : « Lorsqu'il s'agit de stocker l'énergie solaire, notre plus grand concurrent vient des batteries lithium-ion, et le lithium est un métal toxique. Ma molécule ne libère ni CO2, ni aucun autre composé chimique en travaillant. Il s'agit de la "lumière du soleil en sortie". Et quand la molécule s'use un jour, elle se dégrade en un colorant que l'on retrouve également dans les fleurs de camomille. Non seulement la molécule est utilisée dans un processus qui libère peu ou pas de gaz à effet de serre lors de son utilisation, mais elle finit par se dégrader en un produit chimique inerte qui se trouve naturellement dans l'environnement.