E1
E1 : Générateur thermo-électrique
Ce générateur thermo-électrique transforment la chaleur perdue dans les gaz d’échappement en électricité.
La première plate-forme polyvalente pour récupérer la chaleur perdue est développée par la start-up californienne Alphabet Energy.
Les groupes électrogènes perdent d’énormes quantités d’énergie sous forme de chaleur : entre 40 et 80 % de l’énergie potentielle contenue dans le carburant qu’ils consomment, suivant leur type.
Alphabet Energy a eu l’idée de développer un récupérateur d’énergie basé sur des PowerBlocks (matériaux thermo-électriques) utilisant un nouveau matériau thermo-électrique, qui convertit la chaleur en électricité, pour augmenter le rendement de ces groupes et réduire leurs émissions de CO2 de l’ordre de 3 %.
Alphabet Energy utilise un matériau récemment mis au point par l’Université du Michigan à partir de tétraédrite, un minéral composé d’antimoniosulfure naturel de cuivre cubique.
Fonctionnement
Les PowerBlocks sont des semi-conducteurs à l’état solide qui transforment la chaleur en électricité. Ils produisent de l’énergie propre et avec peu ou pas de pièces mobiles à partir d’une différence de température.
Un PowerBlock est constitué de « couples » connectés électriquement. Un module thermoélectrique nécessite deux matériaux thermo-électriques semi-conducteur pour fonctionner : un de type n (chargé négativement) et le second de type p (chargé positivement).
Ces deux matériaux sont joints par un matériau conducteur dont le pouvoir thermo-électrique est supposé nul.
Les deux branches (p et n) du couple et tous les autres couples composant le module sont connectés en série électriquement et en parallèle thermiquement. Cette disposition permet d’optimiser le flux thermique qui traverse le module et sa résistance électrique.
Dans le cas de la génération d’électricité, c’est le flux de chaleur qui entraîne un déplacement des porteurs de charge et donc l’apparition d’un courant électrique.
Un système de génération d’énergie thermoélectrique récupère la chaleur à partir d’une source telle que des échappements chauds (groupe électrogène ou autre), et produit de l’électricité en utilisant des modules thermoélectriques.
Un module thermoélectrique a besoin d’un fort gradient de température pour produire de l’électricité.
Dans un système de production d’électricité, la chaleur pour le côté chaud de ce gradient de température doit être fournie de manière efficace à partir d’une source de chaleur telle qu’un système d’échappement.
Le côté froid doit être refroidi par air, l’eau ou un autre composant approprié. Pour alimenter ce chauffage et refroidissement, les technologies connues comme des échangeurs de chaleur sont utilisés sur les deux côtés chaud et froid. Un système de génération d’énergie thermo-électrique peut être considéré comme deux échangeurs de chaleur.
En fonctionnement, l’ensemble d’un générateur d’énergie thermo-électrique se trouve en fait constitué par plusieurs modules. Ces modules produisent du courant continu (DC), ce qui nécessite que le générateur soit équipé d’un onduleur pour fournir au final une tension alternative (AC).
Vidéo (en anglais)
Conclusion
Un thermo-générateur E1 qui serait placé sur l’échappement d’un générateur de 1 000kW permettrait d’en augmenter le rendement de 2,5 % et d’économiser ainsi 52 500 litres de diesel par an.
Les premiers clients seront probablement les compagnies pétrolières, gazières et minières qui utilisent de gros générateurs pour produire de l’électricité dans les régions éloignées. Mais des discussions seraient déjà en cours avec les constructeurs automobiles pour transformer la chaleur des lignes d’échappement des voitures en électricité.
Histoire
– En 1821, le physicien allemand Thomas Johann Seebeck démontre qu’une différence de températures entre deux métaux différents soudés ensemble génère un courant électrique.
– En 1834, le physicien français Jean-Charles-Athanase Peltier démontre qu’un courant parcourant deux métaux différents soudés ensemble génère pour l’un des métaux une élévation de température, pour l’autre une baisse de température et cela en dépendance du sens de circulation du courant.
L’effet Peltier est utilisé dans la réfrigération miniaturisée de faible puissance, en astronautique et en électronique pour le refroidissement des composants de puissance.
