Stockage d’énergie et fusion nucléaire : deux attraits fiables pour le public lorsque vous parlez de lecteurs de Spectre IEEE– sont bien représentés parmi nos articles sur l’énergie les plus lus de 2023. Mais en tête de liste se trouvent quelques surprises. Numéro un? Pompes à chaleur. Numéro deux? Une véritable boucheuse, et la réponse à la question : qu’est-ce qui produit de l’électricité mais n’est pas une dynamo ou une pile à combustible ?
Voici les 10 articles sur l’IA les plus populaires qui Spectre publiés en 2023, classés selon le temps passé à les lire.
1. Pompes à chaleur : l’avenir bien tempéré des climatiseurs
Un système de climatisation monté sur fenêtre comprend une pompe à chaleur électrique pour le chauffage.Confort dégradé
Un monde de plus en plus chaud aura inévitablement besoin de davantage de climatisation, pour que les gens restent non seulement à l’aise, mais aussi en vie dans les régions les plus chaudes. Et pourtant, l’augmentation de la climatisation exacerbe le problème même – le changement climatique – qui entraîne le besoin d’une climatisation accrue. Ce qu’il faut faire? Deux mots : pompes à chaleur.
2. Cette nouvelle race de générateur peut fonctionner avec presque n’importe quel carburant
Les techniciens ont assemblé un générateur linéaire dans les installations de Mainspring Energy à Menlo Park, en Californie.Prise de vue créative
L’une des startups énergétiques les plus intéressantes dont vous n’avez jamais entendu parler (à moins que vous ne soyez un lecteur assidu de Spectre) est Énergie du ressort principal. La société Menlo Park, en Californie, fondée en 2010 par trois diplômés de Stanford, produit une machine qui génère de 230 à 430 kilowatts en utilisant presque n’importe quel type de carburant, y compris l’ammoniac, l’hydrogène, le biogaz ou le gaz naturel. Mainspring appelle sa machine un générateur linéaire, car elle convertit le mouvement linéaire en électricité. Le carburant et l’air comprimé au centre d’un assemblage linéaire réagissent et poussent vers l’extérieur, vers les extrémités opposées de l’assemblage, entraînant des aimants de chaque côté de la chambre à travers des bobines de cuivre conductrices, générant ainsi de l’électricité. Les machines produisent déjà de l’électricité dans de nombreuses installations, et parmi les bailleurs de fonds de l’entreprise figurent certains des plus grands noms de l’investissement technologique, notamment Bill Gates et Vinod Khosla.
3. Bienvenue à Fusion City, États-Unis
Chez Helion Energy, les ouvriers construisent une section du réacteur à fusion Polaris de l’entreprise.Énergie Hélion
Startups fusionnées Zap Énergie et Énergie Hélion ont de grandes ambitions et des installations relativement modestes à Everett, dans l’État de Washington, mieux connu pour être le site où Boeing emploie 30 000 personnes dans l’un des les plus grandes installations de fabrication du monde. Zap et Helion font partie d’une renaissance de la R&D sur l’énergie de fusion visant à obtenir une énergie de fusion pratique en utilisant des installations beaucoup plus modestes que le vaste réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER) en construction dans le sud de la France, pour un coût estimé à plus de 22 dollars américains. milliards au moment où il sera terminé.
4. NASA Battery Tech à la hauteur du réseau
Les cellules de batterie nickel-hydrogène d’EnerVenue mesurent 1,8 mètre de long, pèsent 62 kilogrammes et stockent 3 kilowattheures.EnerVenue
Si vous ne les déchargez pas puis ne les rechargez pas complètement, les batteries lithium-ion peuvent durer des milliers de cycles de charge-décharge. Imaginez maintenant une batterie qui peut durer dizaines de milliers de cycles de charge-décharge. Une telle batterie existe déjà : elle s’appelle nickel-hydrogène et est utilisée dans l’espace depuis 1977. En septembre dernier, la startup EnerVenue a lancé une nouvelle génération de sa batterie nickel-hydrogène et a achevé la construction d’une usine de 93 000 mètres carrés à peu près au même moment. L’entreprise fait partie d’un groupe en pleine croissance ciblant les applications à l’échelle du réseau, en particulier pour les installations solaires.
5. La batterie au lithium est prête à être perturbée, selon l’inventeur
Un bloc de batterie de voiture est ouvert, révélant les modules, dans une usine pilote de recyclage Volkswagen à Salzgitter, en Allemagne.
John MacDougall/-/Getty Images
M. Stanley Wittingham, ainsi que le regretté John Goodassez, sont reconnus comme des figures clés de l’invention de la batterie lithium-ion au début des années 1970 (ils ont tous deux partagé le prix Nobel de chimie en 2019 avec Akira Yoshino). Wittingham avait quelques colères à se débarrasser et il l’a fait lors d’un symposium en avril dernier à Stanford. Voici l’un des reproches : il faut 60 à 80 kilowattheures d’électricité pour produire une batterie lithium-ion de 1 kWh. Pour les autres plaintes de Wittingham, vous devrez lire l’article.
6. Les États-Unis réintègrent le jeu du combustible nucléaire
L’uranium est enrichi dans des cascades de centrifugations, comme celle d’une usine Centrus Energy à Piketon, Ohio.
Centrus Énergie
Pour produire de l’électricité, les réacteurs nucléaires à eau légère à l’ancienne utilisent du combustible à base d’oxyde, constitué de pastilles de céramique d’oxyde d’uranium, disposées bout à bout pour former des barres recouvertes d’un alliage de zirconium. Le carburant est enrichi à environ 4,8 pour cent d’U-235. Mais les réacteurs avancés actuellement mis en service utilisent un type de combustible totalement différent, appelé uranium faiblement enrichi à haute teneur (HALEU). (Enrichi à 20 pour cent d’U-235, il est encore bien en dessous des 90 pour cent requis pour fabriquer des armes nucléaires.) En novembre dernier, Centrus Énergie de Bethesda, dans le Maryland, est devenue seulement la deuxième organisation capable de produire du carburant HALEU, et la première en dehors de la Russie. Fait amusant : « L’énergie contenue dans seulement 3 cuillères à soupe d’HALEU peut fournir l’énergie nécessaire pour toute une vie au consommateur américain moyen », a rapporté Prachi Patel.
7. Pour libérer le réseau baltique, l’ancienne technologie redevient nouvelle
Un condenseur synchrone, comme celui de droite ici, peut être couplé à un volant d’inertie, à gauche.
Siemens Énergie
Vétéran de Spectrum et contributeur énergétique mondial, Peter Fairley, a couvert les ramifications du réseau électrique et de l’électricité de la guerre en Ukraine. En novembre dernier, il s’est concentré sur les efforts de trois États baltes – la Lituanie, la Lettonie et l’Estonie – pour séparer leurs réseaux électriques du réseau sous contrôle russe. zone d’alimentation CA synchrone. Les trois pays déploient des condenseurs synchrones pour accroître la résilience de leurs réseaux et leur permettre de résister, en l’absence de connexions au réseau russe, beaucoup plus vaste, à la perte inattendue et soudaine des lignes de transport ou des générateurs. Un tel condenseur est essentiellement une grande machine synchrone qui tourne librement ; cependant, un volant relié à son arbre peut stocker de l’énergie cinétique. Son objectif principal, dans ce cas, est de fournir une inertie supplémentaire, également appelée réserve tournante, qui permettrait de stabiliser un réseau en cas de crise.
La fusion est la source d’énergie du futur depuis plus de 70 ans.Harry Campbell
La fusion est la source d’énergie du futur – et elle le sera toujours. Ainsi va la plaisanterie que vous entendrez probablement de la part de tout observateur grisonnant de la technologie assez vieux pour avoir vécu plusieurs cycles de battage médiatique sur la promesse de l’énergie de fusion. La sombre réalité de la fusion est que le plus grand projet du monde, le ITER, ne sera pas testé avec du deutérium et du tritium avant 2035, et ne pourra produire aucune énergie utile pendant plusieurs années après cela. Néanmoins, l’année 2023 a été marquée par plusieurs développements intéressants dans le domaine de la fusion, principalement liés aux startups qui poursuivent des approches alternatives au gigantisme financier d’ITER et du Installation nationale d’allumage à Laboratoire national Lawrence Livermore. Ces startups incluent Zap Energy et Helion Energy (voir ci-dessus, « Bienvenue à Fusion City, USA ») ainsi que Commonwealth Fusion Systems, à Devens, Massachusetts. Pour produire les formidables champs magnétiques nécessaires pour confiner un plasma surchauffé, Commonwealth utilise des technologies de pointe. un ruban supraconducteur à température élevée, qui réduira considérablement la taille des aimants nécessaires à la production des champs (voir ci-dessous).
9. Ce réacteur à fusion est maintenu avec du ruban adhésif
Commonwealth Fusion Systems utilise une bande supraconductrice à base d’oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre.Gretchen Ertl/CFS/MIT Centre de science et de fusion du plasma
La fusion par confinement magnétique repose sur des champs magnétiques incroyablement puissants pour confiner un plasma très chaud, généralement dans un récipient en forme de tore appelé tokamak. Dans le cadre du projet ITER, les chercheurs construisent des électroaimants supraconducteurs en utilisant des alliages de niobium-étain ou de niobium-titane, qui doivent être refroidis à environ ‑269 °C (environ 4 degrés Kelvin). Les 18 aimants d’ITER nécessiteront 600 tonnes du supraconducteur. Systèmes de fusion du Commonwealth pense qu’il existe une meilleure solution, qui implique l’utilisation d’un supraconducteur plus avancé, l’oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre, ou YBCO. Il est supraconducteur à des températures comprises entre -200 et -250 °C (73 à 23 Kelvin). Cette différence de température apparemment minime, ainsi que d’autres caractéristiques du YBCO, permettront d’obtenir des aimants beaucoup plus petits qui pourraient être fabriqués plus rapidement et à moindre coût, selon Commonwealth. Le succès éventuel de la fusion pourrait très bien dépendre de l’efficacité de ces supraconducteurs à plus haute température.
dix. L’ère du silicium est arrivée… pour les batteries
Les matériaux en silicium nanostructurés pourraient fournir des batteries à plus longue portée et à charge plus rapide.
Groupe14
Le matériau d’anode typique des batteries lithium-ion est le graphite recouvert d’une feuille de cuivre. Mais les chercheurs sont depuis longtemps séduits par la possibilité d’utiliser du silicium qui, gramme pour gramme, peut contenir 10 fois plus d’ions lithium. Et en 2023, après que plusieurs startups ont réussi à résoudre les problèmes liés aux anodes en silicium (principalement une tendance à l’expansion et à la fracture), plusieurs constructeurs automobiles ont annoncé leur intention d’utiliser des cellules lithium-ion à anode en silicium dans les prochaines batteries de véhicules électriques. Les startups incluses Sciences des batteries OneD à Palo Alto, en Californie, Sila Nanotechnologies à Alameda, en Californie, et Groupe14 Technologies à Woodinville, Washington.
