Une électricité Habemus 1 000 fois plus puissante (et gratuite) ! Adieu les panneaux solaires avec la céramique photovoltaïque
Des scientifiques de l'ETH Zurich révolutionnent l'énergie solaire avec des céramiques photovoltaïques à haut rendement et des réacteurs solaires avancés, produisant de l'électricité, de l'hydrogène et des carburants synthétiques à faible impact environnemental
Depuis près de quarante ans, la technologie photovoltaïque est dominée par les photocellules au silicium. Bien que les panneaux solaires en silicium représentent une excellente ressource renouvelable, il existe des limites importantes qui empêchent leur adoption généralisée. L'installation sur le toit peut être complexe et coûteuse en raison des structures de support requises. De plus, la production de cellules en silicium nécessite beaucoup d’énergie, des températures élevées et des ressources limitées.
Ces inconvénients ont motivé la recherche de nouvelles technologies solaires capables d’optimiser l’efficacité, la flexibilité et la durabilité. Un groupe d'ingénieurs de l'ETH Zurich a développé un céramique photovoltaïque qui pourrait révolutionner le secteur. Des scientifiques de l'ETH Zurich ont conçu un nouveau matériau céramique capable de convertir les rayons solaires en énergie avec une efficacité mille fois supérieure à celle des panneaux solaires traditionnels. Cette innovation, combinée à une technique d’impression 3D avancée, a le potentiel de transformer complètement le paysage de l’énergie solaire.
La céramique photovoltaïque est enrichie d'une structure pérovskite, une charpente métallo-organique structurée en un réseau bidimensionnel. Cette technologie permet la division des molécules d'eau en oxygène et hydrogène grâce à la charge électrique générée par la lumière. L’hydrogène produit peut être stocké et utilisé comme vecteur d’énergie. Ce matériau génère non seulement de l’énergie électrique, mais stocke également de l’énergie chimique, offrant ainsi une solution supérieure aux combustibles fossiles.
Comment fonctionne la céramique photovoltaïque
La céramique développée par l'ETH Zurich présente une nanostructure ingénieuse qui convertit efficacement l'énergie solaire en électricité. Le matériau photovoltaïque est composé de nanoparticules d’oxyde d’aluminium et de pérovskite, qui absorbent la lumière et conduisent le courant. Les pérovskites, connues pour leurs excellentes propriétés de récupération de la lumière, deviennent courantes dans les cellules solaires. Cependant, ils sont généralement sensibles aux changements de température, d’humidité et aux contraintes mécaniques. Les céramiques résolvent ces problèmes en encapsulant des nanoparticules de pérovskite dans une matrice d'oxyde d'aluminium.
Lorsqu’elles sont exposées à la lumière du soleil, les nanoparticules s’excitent, générant des électrons qui sont transportés de la matrice d’oxyde d’aluminium vers la surface de la céramique, produisant ainsi un courant électrique. Cette céramique photovoltaïque représente un exemple d’innovation tournée vers l’autoconsommation, à l’image des toits solaires Tesla et des mini éoliennes. Cette invention marque une avancée vers des panneaux solaires plus flexibles et adaptés aux besoins domestiques, permettant à chacun d'économiser en électricité et de se rapprocher du zéro impact.
Combustibles solaires synthétiques
Ces dernières années, les ingénieurs de l'ETH Zurich ont développé la technologie permettant de produire combustibles liquides provenant du soleil et de l'air. En 2019, ils ont démontré l'ensemble du processus thermochimique en conditions réelles, sur le toit du laboratoire de machines de l'ETH Zurich. Ces carburants solaires synthétiques sont neutres en carbone, car ils ne libèrent que la quantité de CO2 absorbée dans l’air lors de leur production.
Au cœur du processus de fabrication se trouve un réacteur solaire exposé à la lumière solaire concentrée d’un miroir parabolique, atteignant des températures allant jusqu’à 1 500 degrés Celsius. À l’intérieur de ce réacteur, contenant une structure céramique poreuse en oxyde de cérium, se déroule un cycle thermochimique qui divise l’eau et le CO2 capté dans l’air, produisant du gaz de synthèse. Ce gaz de synthèse peut ensuite être transformé en carburants liquides tels que le kérosène, qui peuvent être utilisés pour l'aviation.
Innovations dans l'impression 3D
Une équipe de chercheurs a développé un nouveau type de technologie impression en 3D ce qui pourrait révolutionner la façon dont nous gérons l’énergie solaire. Traditionnellement, les matériaux poreux utilisés dans les réacteurs solaires ont tendance à bloquer une partie de la lumière du soleil, limitant ainsi la chaleur et donc la production de carburant. Mais maintenant, grâce au travail de André Studartexpert en Matériaux Complexes, e Aldo Steinfeldspécialiste des énergies renouvelables, une nouvelle méthode a été créée pour produire des structures céramiques poreuses permettant une meilleure utilisation du rayonnement solaire.
Ces nouvelles structures sont conçues avec des canaux et des pores qui se rétrécissent à mesure que vous pénétrez plus profondément dans le réacteur, une configuration qui capte et distribue mieux la lumière du soleil dans tout le volume du réacteur. Le résultat? Les températures internes peuvent atteindre i 1500°Cessentiel à la production de carburant, et la quantité de carburant produite peut être doublée par rapport aux systèmes traditionnels.
L’impression 3D de ces structures céramiques utilise une encre spéciale à faible viscosité, mais riche en particules de cérium, élément clé pour optimiser l’absorption solaire. Le brevet pour cette technologie a déjà été déposé et la société Synhelion a acquis les droits de commercialisation auprès de l'ETH Zurich. Cette avancée représente un grand pas en avant dans la production de carburants d’aviation durables, promettant de rendre les réacteurs solaires plus efficaces et plus rentables.
Source: ETH Zurich
