Energie osmotique: nanofluidique pour une technologie de rupture – BlueEnergy

L’accès à des sources d’énergie abondantes et bon marché est un réel défi pour notre société moderne. Différents modes de productions d’énergie sont maintenant disponibles, allant de l’énergie solaire, éolienne jusqu’aux procédés hydroélectriques. Il est aujourd’hui accepté que le mix énergétique, mix d’énergies renouvelables, est aujourd’hui la solution préconisée pour remplacer partiellement les énergies fossiles.
Ainsi, nous proposons ici d’étudier des procédés de récupération d’énergie renouvelable alternatifs, basé sur des systèmes membranaires impliquant un vecteur liquide. C’est le cas de l’énergie osmotique, dont le principe est basé sur la production d’électricité à partir de gradients salins – typiquement entre de l’eau salée et de l’eau douce. Cette technologie a un potentiel considérable, 1 Terawatts pouvant a priori être récupéré à travers le monde, ce qui correspond à la puissance de 1000 réacteurs nucléaires. Cependant, la puissance produite sur la base des technologies de récupération existantes n’est pas suffisante pour permettre à ces procédés de réellement se développer.
Notre approche pour relever ce défi consiste à aborder cette question sur l'ensemble des échelles impliquées: depuis les échelles nanométriques du transport fluidique, jusqu'à la démonstration à grande échelles de membranes basées sur des nouveaux nanomatériaux.
Cette stratégie repose sur deux points clefs:
Tout d’abord, les récents progrès au niveau fondamental sur l’étude du transport de fluide aux nanoéchelles ont mis en évidence de nouveaux modèles de transport pour les systèmes confinés. Ces nouvelles propriétés peuvent être utilisées pour générer de nouvelles perspectives dans le domaine de la conversion énergétique et de la désalinisation. Notre approche est basée sur le fait que l’efficacité des procédés de conversion énergétique peut être largement augmentée en utilisant des propriétés spécifiques et des nouvelles fonctionalités caractéristiques des nanoéchelles, comme décrites dans ce projet.
De plus, un point essentiel est notre découverte récente, publiée dans la revue Nature en 2013, d’un nouveau vecteur pour récupérer de l’énergie osmotique : des nanomatériaux, nanotubes de nitrure de bore, ont permis de générer des courants électriques issus de gradients salins avec une efficacité sans précédent, plus de deux ordres de grandeur au dessus des technologies existantes [Siria2013].
Notre objectif dans ce projet est donc de faire le lien entre la recherche fondamental sur la nanofluidique et le domaine de la récupération d’énergie, avec comme objectif principal de franchir une étape dans l’efficacité des procédés de conversion. Pour relever ce défi, nous proposons :
(i) D’une part de développer une plateforme nanofluidique unique, incluant de nouveaux outils pour caractériser les propriétés de transport fluidiques et ioniques et les corréler à la répartition statique des ions proche des surfaces. Cette plateforme unique sera développée en rassemblant les expertises des trois laboratoires du consortium. Après un effort pour le développement de systèmes de références, nous proposons de tester différents matériaux prometteurs en terme de conversion énergétique. Cet effort sera accompagné d’un travail de modélisation du comportement des liquides en milieu confiné, proche d’interfaces, à la fois au niveau de la physique statistique et de la modélisation ab intio, afin de définir les propriétés requises pour une conversion d'énergie osmotique la plus efficace.
(ii) D’autre part, nous explorerons les propriétés de transport globales à travers des membranes faites de nouveaux nanomatériaux. La conception de telles membranes, faites de nanotubes ou de feuillets de BN, ainsi que d’autres matériaux prometteurs, est un défi technologique que nous allons relever.
Notre objectif ultime est de fabriquer une preuve de concept qui assurerait la viabilité industrielle de ces nouveaux procédés de récupération d’énergie.