Soutenue par un financement fédéral, Electrified Thermal Solutions, spin-off du MIT, affirme que ses briques électriquement conductrices peuvent remplacer les combustibles fossiles.
MEDFORD, Massachusetts—À l’intérieur d’un immeuble de bureaux en parpaings, peut-être mieux connu pour le temple hindou et le club de tennis de table voisin, une start-up teste ce qui pourrait être l’un des nouveaux développements les plus en vogue en matière de technologie d’énergie propre.
Au fond d'un petit laboratoire d'entrepôt rempli de ventilateurs et de moteurs, une société dérivée du MIT appelée Electrified Thermal Solutions exploite ce que ses fondateurs appellent la Joule Hive, une batterie thermique de la taille d'un ascenseur.
La Ruche est une grande boîte métallique isolée chargée de dizaines de briques en céramique chauffées à blanc qui convertissent l'électricité en chaleur à des températures allant jusqu'à 1 800 degrés Celsius, bien au-delà du point de fusion de l'acier, et avec une masse thermique suffisante pour retenir la chaleur pendant des jours. .
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Alors que le prix des énergies renouvelables continue de chuter, l’un des plus grands défis de la transition énergétique propre consiste à trouver un moyen de convertir l’électricité en chaleur à haute température afin que les sociétés n’aient pas à continuer à brûler du charbon ou du gaz naturel pour alimenter les industries lourdes. Une autre question épineuse consiste à trouver un moyen de stocker l’énergie – en l’occurrence la chaleur – lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.
« Si vous exploitez une usine industrielle dans laquelle vous fabriquez du ciment, de l'acier, du verre, de la céramique, des produits chimiques ou même des produits alimentaires ou des boissons, vous brûlez beaucoup de combustibles fossiles », a déclaré Daniel Stack, directeur général d'Electrified Thermal Solutions. « Notre mission est de décarboner l’industrie grâce à la chaleur électrifiée. »
Le secteur industriel est responsable de près d'un quart de toutes les émissions directes de gaz à effet de serre aux États-Unis, responsables du changement climatique, selon l'EPA. Les batteries thermiques alimentées par des énergies renouvelables pourraient réduire environ la moitié des émissions de l'industrie, selon un rapport de 2023 du Center for Climate and Energy Solutions, une organisation à but non lucratif, et de sa filiale Renewable Thermal Collaborative.
Des émissions supplémentaires proviennent de réactions chimiques, telles que le dioxyde de carbone qui se forme comme sous-produit indésirable lors de la production de ciment, et le méthane qui s'échappe ou est intentionnellement évacué des conduites de gaz naturel et d'autres équipements.
Le défi du remplacement de la combustion de combustibles fossiles comme source de chaleur réside dans le fait qu'il n'existe pas beaucoup de bonnes options disponibles pour produire de la chaleur à haute température à partir de l'électricité, a déclaré Stack. Les radiateurs électriques, comme les fils qui deviennent rouges dans un grille-pain, fonctionnent bien à basse température mais grillent rapidement à des températures plus élevées. D'autres matériaux moins courants, comme les éléments chauffants en molybdène et en carbure de silicium, peuvent résister à des températures plus élevées, mais sont d'un coût prohibitif.
En tant qu'étudiant diplômé au MIT, Stack se demandait si les briques réfractaires, les briques couramment utilisées dans les foyers résidentiels et les fours industriels, pourraient constituer une solution moins coûteuse et plus durable. Les briques ne conduisent généralement pas l'électricité, mais en modifiant légèrement la recette des oxydes métalliques utilisés pour les fabriquer, lui et le cofondateur d'ETS, Joey Kabel, ont pu créer des briques qui pourraient essentiellement remplacer les fils pour conduire l'électricité et générer de la chaleur.
« Il n'y a pas de métaux exotiques ici, il n'y a rien qui puisse brûler », a déclaré Stack, debout à côté d'étagères remplies de petits échantillons, ou « coupons », de briques que lui et son équipe ont testées pour trouver celles avec le meilleur chauffage. propriétés.
L'un des plus grands champions d'Electrified Thermal Solution est Charles Forsberg, chercheur en génie nucléaire au MIT, ancien directeur de thèse de Stack et conseiller de l'entreprise.
« Je n'ai aucun doute sur le fait que cela va devenir commercial », a déclaré Forsberg, qui, avec Stack et le MIT, détient le brevet de la technologie. « J'ai 77 ans, c'est juste une sorte de sensation intuitive de 50 ans de jeu. »
Forsberg a déclaré que sa seule préoccupation était de savoir si les solutions thermiques électrifiées seraient celles qui permettraient de concrétiser cette technologie, soulignant que de nombreuses technologies d'énergie propre ont été inventées aux États-Unis uniquement pour obtenir un succès commercial en Chine.
Un récent financement gouvernemental a donné un coup de pouce significatif à l’entreprise.
En janvier, ETS a reçu une subvention de 5 millions de dollars du Département américain de l'Énergie pour l'aider à construire son premier projet de démonstration à l'échelle commerciale au Southwest Research Institute de San Antonio, une organisation indépendante qui fournit des services contractuels de recherche et de développement aux clients gouvernementaux et industriels.
Le projet démontrera comment la batterie thermique pourrait fournir de la chaleur à haute température pour un certain nombre de processus industriels, notamment la fabrication du ciment, qui repose actuellement principalement sur la combustion de charbon pour se chauffer.
Massimo Toso, président et directeur général de Buzzi Unicem USA, l'un des plus grands producteurs de ciment aux États-Unis et partenaire industriel d'ETS dans le cadre de la subvention du DOE, a fait l'éloge de la batterie thermique de l'entreprise.
« La batterie thermique Joule Hive™ d'ETS est la première solution de décarbonisation de la chaleur industrielle que nous avons identifiée et qui pourrait potentiellement nous permettre de réduire de manière rentable et d'éliminer complètement l'utilisation de combustibles fossiles dans nos processus de chauffage », a déclaré Toso dans une déclaration écrite.
En mars, Ashland, un fabricant de produits chimiques spécialisés basé à Wilmington, dans le Delaware, a reçu jusqu'à 35 millions de dollars de subvention de contrepartie du ministère de l'Énergie pour financer ce qui serait le premier déploiement commercial des batteries thermiques d'ETS.
Les Joule Hives seraient installées à l'usine ISP Chemicals d'Ashland à Calvert City, Kentucky, qui nécessite de grands volumes de vapeur à haute température pour fonctionner.
Curt Jawdy, cadre supérieur de la Tennessee Valley Authority, partenaire de la subvention et du service public d'électricité local de Calvert City, a déclaré que la capacité d'ETS à charger sa batterie thermique pendant les heures creuses permet aux installations industrielles de se décarboniser sans exercer une plus grande pression sur le service public. grille éléctrique.
Jawdy a déclaré qu'il appréciait également la technologie de l'entreprise.
Briques électriquement conductrices d'Electrified Thermal Solutions. Crédit : Barry Chin/Le Boston Globe
« Plus simple est toujours mieux », a-t-il déclaré. « Le fait que la brique soit également l'élément chauffant et que vous fournissiez simplement de l'électricité à la brique elle-même simplifie considérablement le système. »
Le projet remplacerait les chaudières au gaz naturel de l'usine de Calvert City par les batteries thermiques d'ETS. L'air soufflé à travers les batteries Joule Hive transférerait la chaleur de la flamme aux chaudières pour générer de la vapeur.
Le projet réduirait de près de 70 pour cent les émissions de gaz à effet de serre associées à la production de vapeur dans l'usine, selon le DOE.
En 2022, Ashland a rejeté 72 000 tonnes de dioxyde de carbone provenant de la combustion de gaz naturel dans l'usine, selon les données communiquées par l'entreprise à l'Environmental Protection Agency.
Ces émissions sont égales aux émissions annuelles de gaz à effet de serre de 17 000 automobiles, une source importante de pollution climatique dans une ville de 2 500 habitants, selon l'EPA.
La subvention du DOE partagerait le coût du projet avec Ashland jusqu'à un total de 70 millions de dollars. Ashland superviserait l'installation des batteries thermiques dans ses installations, un processus qui impliquerait un certain risque pour une telle installation, première du genre.
Carolmarie Brown, porte-parole d'Ashland, a déclaré que la société évaluait toujours le projet.
« De nombreux facteurs déterminent les décisions que nous prendrons au fur et à mesure que nous progressons », a déclaré Brown. « La décarbonisation à grande échelle comprend des évaluations approfondies des options, des projets et des innovations pour aller de l'avant, et nous n'en sommes qu'à la première phase du processus. »
Alors qu'Ashland continue d'évaluer le projet, Stack et ses collègues continuent d'augmenter leurs capacités.
Depuis la création de l'entreprise en 2020, ETS a sous-traité la production de ses briques électriquement conductrices à un fabricant de briques industrielles qui suit la recette exclusive d'ETS. Après avoir passé plusieurs années à passer des commandes de petits lots tests de briques, ETS a récemment reçu sa première commande de plusieurs tonnes.
« Maintenant, si vous voulez deux tonnes, [or, if] vous voulez 2 000 tonnes, le fabricant est prêt à le faire pour nous », a déclaré Stack. « Nous partons pour les courses. »
