Qu’il s’agisse d’énergie éolienne des régions côtières ou d’énergie solaire des zones désertiques, le fer pourrait servir à l’avenir de vecteur énergétique transportable pour rendre ces sources d’énergie renouvelables exploitables dans le monde entier. « Ce fonctionnement s’effectue selon un cycle qui n’émet ni dioxyde de carbone ni substances nocives pour l’environnement », explique Julia Schuler de l’Institut de production industrielle (IIP) du KIT.
Pour produire de l’électricité, la poudre de fer est brûlée, produisant de l’oxyde de fer, c’est-à-dire de la rouille. À l’aide d’hydrogène issu de sources renouvelables, elle est ensuite réduite en fer dans un processus qui élimine l’oxygène qu’elle contient. La poudre de fer peut alors être réutilisée. « Lorsqu’elle est brûlée, la poudre de fer se comporte à bien des égards comme le charbon. Nous voulions savoir s’il était possible de reconvertir les centrales à charbon existantes pour qu’elles fonctionnent au fer », ajoute Julia Schuler.
Selon elle, des modifications sont principalement nécessaires dans le générateur de chaleur ; d’autres composants, comme le cycle de vapeur, les turbines, l’alternateur et le raccordement au réseau électrique, pourraient continuer à être utilisés.
Le cycle du fer complète l’économie de l’hydrogène
Sur la base des résultats du projet de recherche Clean Circles, les scientifiques du KIT ont mené une étude financée par la Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg (Fondation pour la recherche énergétique du Bade-Wurtemberg) afin d’examiner comment le cycle du fer pourrait être utilisé pour la production d’électricité dans un système énergétique européen climatiquement neutre. C’est le cas. Pour l’étude, les chercheurs ont étendu PERSEUS, un modèle de système énergétique établi, en y ajoutant des options de reconversion des centrales au charbon, des installations de réduction, ainsi que des voies de stockage et de transport.
À l’aide du modèle étendu, ils ont ensuite projeté un développement optimal du système énergétique européen jusqu’en 2050. Ici, le cycle du fer était en concurrence avec d’autres technologies telles que les batteries, les systèmes de stockage d’hydrogène et les centrales à hydrogène.
Les résultats montrent que le fer ne remplacera pas la production d’électricité à base d’hydrogène, mais pourrait utilement la compléter dans un système énergétique climatiquement neutre. Le fer est particulièrement bien adapté comme matériau de stockage d’énergie à long terme. Sous forme de poudre, il est relativement facile à stocker et à transporter, tandis que l’hydrogène, en revanche, nécessite un réseau coûteux de pipelines, de terminaux d’importation et d’installations de stockage souterrain. L’utilisation de poudre de fer permettrait de transporter l’énergie renouvelable à l’échelle mondiale avec moins d’investissements dans les infrastructures. Parallèlement, l’électricité excédentaire en Europe pourrait être utilisée pour la conversion de la poudre de fer dans des installations de réduction locales, produisant une source d’énergie stockable via une étape intermédiaire de production d’hydrogène.
Dans les simulations, les centrales électriques fonctionnant à la poudre de fer se sont révélées particulièrement prometteuses dans les pays disposant de possibilités limitées de production d’énergie hydroélectrique ou de stockage souterrain d’hydrogène. Dans ces régions, le fer peut contribuer à combler les lacunes d’approvisionnement lors de périodes plus longues de production insuffisante d’énergie à partir de centrales éoliennes ou solaires. Parallèlement, il soulage l’infrastructure hydrogène, par exemple lorsque les capacités d’importation ou les pipelines de transport atteignent leurs limites. Le potentiel est particulièrement grand en Allemagne avec son grand nombre de centrales au charbon. Les turbines, les raccordements au réseau, les réseaux de chaleur et d’autres parties de leur infrastructure pourraient être conservés.
Réduire les coûts grâce au cycle du fer
En ce qui concerne le développement futur de la technologie, c’est un signal encourageant pour les chercheurs que les centrales électriques alimentées par de la poudre de fer faisaient partie intégrante d’un système énergétique minimisant les coûts dans tous les scénarios envisagés. « Le fer pourrait jouer un rôle très particulier, mais économiquement significatif, pour atteindre la neutralité climatique et pour rendre les énergies renouvelables disponibles de manière fiable », a conclu Julia Schuler.
L’émergence d’un nouvel « âge du fer » dépendra en grande partie de la complexité de la reconversion des centrales existantes et de l’efficacité avec laquelle l’oxyde de fer pourra être réduit à l’avenir en fer.
Le modèle de système énergétique PERSEUS-PtX étendu dans ce projet, y compris son code source, son ensemble de données et une description détaillée, est accessible au public pour une utilisation gratuite et non commerciale : https://zenodo.org/records/19480835
Article : A new iron age? The potential role of iron fuel in Europe’s clean energy transition – Journal : Chem Circularity – DOI : Lien vers l’étude
Source : KIT
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