Trois start-ups de Houston utilisent des techniques similaires à la fracturation hydraulique pour créer des cavernes de stockage souterraines d'eau sous pression, qui, une fois libérée, entraîne une turbine pour envoyer de l'électricité au réseau.
Le développement rapide des centrales éoliennes et solaires a déclenché une course aux technologies expérimentales pour capturer et stocker cette énergie. Plusieurs start-ups de Houston affirment avoir développé des moyens de la stocker sous terre, et l'une d'entre elles vient d'annoncer son premier projet commercial.
Sage Geosystems Inc. a annoncé le 13 août que son projet était « le premier système de stockage d'énergie géothermique à stocker de l'énergie potentielle dans les profondeurs de la terre et à fournir des électrons à un réseau électrique ». L'entreprise prévoit d'installer son système à côté d'une ferme solaire dans le sud du Texas.
Le stockage d’énergie permet de conserver l’énergie excédentaire pour les périodes de faible production, de sorte qu’une ferme solaire pourrait par exemple alimenter une ville la nuit. Dans l’ensemble, cette course a entraîné une croissance explosive des technologies et des marchés des batteries lithium-ion, ainsi qu’une ruée mondiale vers les terres rares dont elles ont besoin. Mais à la marge, une vague de start-ups espère que les technologies émergentes répondront à la nouvelle génération de demandes de stockage.
De nombreuses technologies de stockage d'énergie sont encore à un stade précoce de développement, notamment le stockage d'énergie par air comprimé, les systèmes à base d'hydrogène et diverses formes de stockage thermique. Les chercheurs et les investisseurs ne savent pas quelles technologies seront finalement viables en termes de coûts et de facilité d'utilisation.
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Ces dernières années, le Texas est rapidement devenu le premier producteur national d’énergie renouvelable, ainsi que son premier marché pour le stockage d’énergie à grande échelle.
« Il y a un besoin croissant de technologies capables d’ajuster les niveaux de production pour maintenir la stabilité du réseau », a déclaré Yiyi Zhou, analyste énergétique chez BloombergNEF. « La technologie que Sage développe a le potentiel de changer la donne. »
Sage n’est pas la seule start-up à travailler dans ce domaine. Deux autres entreprises basées à Houston, Fervo Energy et Quidnet Energy, revendiquent également une technologie propriétaire qu’elles prévoient d’utiliser pour le stockage et la production d’énergie géothermique. Toutes trois prévoient d’injecter de l’eau sous terre à haute pression.
Le système fonctionne de la manière suivante : l'électricité produite par des parcs solaires, des éoliennes ou d'autres formes d'énergie renouvelable est utilisée pour pomper de l'eau dans des cavernes ou des réservoirs souterrains spécialement créés, où elle peut être stockée sous pression. Lorsque l'électricité est nécessaire, des vannes fermant hermétiquement la caverne souterraine s'ouvrent, renvoyant l'eau stockée sous pression à la surface, où elle fera tourner une turbine pour produire de l'électricité.
« Cette forme de stockage d'eau sous pression est très nouvelle et, à notre connaissance, des entreprises comme Sage Geosystems, Quidnet Energy et Fervo Energy sont toutes des pionnières dans cette nouvelle technologie », a déclaré Chetan Krishna, responsable de la recherche et du développement chez Third Derivative, un accélérateur de startups axé sur le climat.
L’eau sous pression est une idée ancienne. L’innovation, selon Krishna, réside dans le processus de création de réservoirs souterrains pour la contenir. Alors que les projets d’énergie géothermique traditionnels nécessitent généralement des systèmes souterrains naturels de cavernes, ces entreprises affirment qu’elles peuvent créer leurs propres cavernes presque n’importe où. En plus du stockage d’énergie, les trois entreprises espèrent également développer la production d’énergie géothermique en utilisant les mêmes techniques.
Le procédé de Sage, baptisé « Système géothermique géopressurisé » (GGS), ressemble à la fracturation hydraulique pour le pétrole et le gaz, selon le géoscientifique en chef de l'entreprise, Mike Eros, mais à une échelle et une intensité environ dix fois inférieures. Au lieu d'une flotte de compresseurs, il utilise une boue minérale lourde, un puits plus large et la gravité pour percer une fracture verticale dans la roche à des milliers de pieds sous la surface.
Le système utilise l'énergie renouvelable excédentaire provenant des centrales solaires, éoliennes ou géothermiques pour pomper de l'eau dans ces fractures à haute pression, puis la relâcher lorsque cela est nécessaire. Selon Eros, le système peut stocker de l'énergie avec une efficacité de 75 % pendant 10 heures et peut larguer un jet d'eau de 23 cm à 2 268 kg par pouce carré pour faire tourner une turbine de générateur.
« Nous appelons cela une batterie terrestre », explique Eros, qui a travaillé 12 ans chez ExxonMobil. « L’énergie de l’eau comprimée. »
Selon lui, les principaux risques du système sont la contamination des eaux souterraines et la création de « fractures incontrôlables » dans le sol. Sage a pris des précautions pour atténuer ces risques, a déclaré Eros, notamment une cartographie géologique détaillée pour éviter l'injection dans les failles existantes.
Lundi, des dirigeants de Sage et de Meta, la société mère de Facebook, ainsi que des responsables du ministère américain de l'Énergie, ont annoncé que les entreprises utiliseraient la technologie GGS de Sage pour créer de l'énergie géothermique « pratiquement n'importe où ».
« La roche chaude et sèche est une ressource extrêmement abondante par rapport aux formations hydrothermales traditionnelles, ce qui fait de la technologie GGS de Sage une approche hautement évolutive avec le potentiel d'une expansion rapide à travers les États-Unis et dans le monde », ont déclaré les sociétés dans un communiqué de presse conjoint publié après leur annonce lors de l'atelier Catalyzing Next Generation Geothermal Development du DOE à Washington.
Meta prévoit d'utiliser la technologie GGS de Sage « pour fournir une énergie sans carbone aux centres de données de Meta », ont déclaré les entreprises, sans préciser où.
Le premier projet commercial utilisant le GGS pour le stockage d'énergie géothermique sera construit sur un terrain loué à la coopérative électrique de San Miguel à Christine, au Texas, et relié à une ferme solaire de la ville. Il permettra à Sage d'acheter de l'électricité pendant les pics de production, de la stocker et de la revendre au réseau la nuit.
Contrairement aux projets annoncés par Sage pour la production de chaleur géothermique de Meta, le premier projet de stockage n'utilisera que la pression, a expliqué Eros, car « nous devons marcher avant de courir ». Plus tard, des efforts de stockage plus avancés, a-t-il ajouté, impliqueront la chaleur géothermique.
En fin de compte, la viabilité économique de ces systèmes dépendra de la manière dont leurs coûts se comparent à ceux des batteries lithium-ion, la nouvelle forme de stockage d’énergie la plus populaire.
Il y a cinq ans, les batteries lithium-ion représentaient moins de 4 % du stockage d'énergie aux États-Unis. En juin de cette année, après des millions d'installations de batteries, elles en représentaient plus de 40 %, selon les données du ministère de l'Énergie, et elles pourraient dépasser les 50 % d'ici la fin de l'année.
Les batteries complètent la méthode la plus traditionnelle de stockage d’énergie, appelée hydroélectricité pompée, dans laquelle l’eau est pompée en amont pendant la production de pointe, puis autorisée à couler en aval et à faire tourner les turbines électriques pendant la demande d’énergie de pointe.
La durée de stockage est toutefois un facteur limitant pour les batteries. La plupart des batteries à usage industriel aux États-Unis fonctionnent mieux avec une autonomie de stockage allant jusqu'à quatre heures. Les systèmes plus récents atteignent six à huit heures, mais à un coût plus élevé.
Les technologies seront finalement jugées selon un critère appelé le coût actualisé du stockage. Selon les calculs de l’accélérateur Third Derivative, les batteries lithium-ion peuvent atteindre six heures de stockage à un coût actualisé moyen de 72 $ par mégawattheure. Parallèlement, Sage revendique jusqu’à 10 heures de stockage à 100 $ par mégawattheure lorsqu’elles sont combinées à la production solaire.
« C'est certainement mieux que le stockage par batterie lithium-ion », a déclaré Ramanan Krishnamoorti, vice-président de l'énergie et de l'innovation à l'Université de Houston. « Cette entreprise a manifestement fait une percée dans ce domaine. »
On ne sait pas encore si cette technologie de stockage résistera sur le marché. Les batteries lithium-ion progressent rapidement et les chercheurs développent des matériaux alternatifs qui pourraient changer radicalement la donne, a déclaré Krishnamoorti. Il pourrait néanmoins y avoir de la place pour plusieurs systèmes sur le marché en pleine croissance du stockage d'énergie.
« Chacun de ces projets contribuera grandement à résoudre les besoins en stockage d’énergie », a déclaré Lisa Biswal, doyenne adjointe de la faculté d’ingénierie de l’université Rice à Houston. « En tant que chercheuse dans le domaine de l’énergie, je suis ravie de pouvoir assister au déploiement commercial de systèmes de batteries au lithium à l’échelle du réseau ainsi qu’à la géothermie. »
Les chercheurs et les investisseurs surveilleront de près si les délais et les coûts de stockage prévus par Sage se maintiennent dans son premier projet commercial. L'année dernière, Sage a fait la démonstration de cette technologie dans un projet pilote non commercial.
« La technologie n’a vraiment évolué que ces dernières années pour la rendre pratique », a déclaré Ken Wisian, directeur adjoint du Bureau de géologie économique de l’Université du Texas, qui a travaillé avec Sage sur un projet précédent. « Le principal obstacle est de mettre en place et de faire fonctionner le premier projet commercial. »
Si le projet se déroule bien, Wisian a suggéré que le stockage d'énergie géothermique pourrait suivre un rythme de déploiement tout aussi élevé au Texas que les projets éoliens, solaires et de batteries l'ont récemment fait.
« Ce projet, qui ne suscitait pratiquement aucun intérêt, est devenu en très peu de temps un projet commercial », a-t-il déclaré. « L’un de mes rêves est de voir un de ces puits de stockage d’énergie foré à côté de chaque éolienne de l’État. »
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