La chaleur de basse température est largement disponible dans les procédés industriels, les opérations de refroidissement et les activités quotidiennes, mais la conversion efficace de ces différences de température relativement faibles en électricité demeure un défi. Parallèlement, de nombreux systèmes thermogalvaniques reposent sur des couples redox contenant des composants à base de métaux, ce qui soulève des considérations supplémentaires en matière de coût, de disponibilité des ressources et de durabilité environnementale.
Dans une étude publiée dans le Journal of Bioresources and Bioproducts, des chercheurs ont développé un système thermogalvanique à base de lignosulfonate (LS), un composant majeur de la liqueur noire de papeterie. En combinant le LS avec du persulfate d’ammonium (APS), les chercheurs ont établi un système redox impliquant des espèces quinone/hydroquinone dérivées de la lignine. Sous un gradient de température, ces réactions réversibles génèrent une thermotension. L’électrolyte liquide optimisé a atteint un coefficient Seebeck de 2,92 mV/K.
Les chercheurs ont ensuite incorporé l’électrolyte dans une matrice de poly(alcool vinylique) par gélification par congélation-décongélation, produisant un gel thermogalvanique quasi solide LSAK/PVA. À une concentration optimisée en lignosulfonate, le gel a atteint un coefficient Seebeck de 4,3 mV/K et une densité de puissance de sortie maximale de 976 μW/( m2·K2). Un dispositif de 11 unités connectées en série a généré environ 1,56 V sous une différence de température de 40 K et a fourni 1,75 μW de puissance, suffisant pour alimenter de petits dispositifs électroniques tels qu’un minuteur et une calculatrice.
L’étude a également démontré que le matériau pouvait directement utiliser la chaleur libérée lors du refroidissement de la liqueur noire. La liqueur noire chauffée a généré une tension en circuit ouvert d’environ 45 mV lors du refroidissement, illustrant la possibilité d’utiliser ce flux de déchets à la fois comme source de chaleur et comme source de matériau de biomasse à activité redox.
Au-delà de la récupération de chaleur perdue, le gel à base de lignine a été testé sous lumière solaire simulée et en conditions extérieures. Sous une intensité d’irradiation de 1 kW/m2, le gel a développé une différence de température d’environ 25 K et a généré une tension en circuit ouvert d’environ 0,1 V. Un test sur cinq cycles a montré une production de tension stable, tandis qu’un dispositif extérieur a produit une thermotension de 0,33 V après 30 minutes d’exposition à la lumière.
Les résultats mettent en évidence une stratégie de matériaux dans laquelle un sous-produit de la papeterie sert non seulement de matière première pour des matériaux fonctionnels, mais aussi de composant actif dans la conversion d’énergie. Les auteurs suggèrent que les matériaux thermogalvaniques à base de lignine pourraient offrir une voie de récupération de l’énergie thermique de basse température autrement sous-exploitée, tout en ajoutant de la valeur aux déchets de biomasse industriels.
Article : Upcycling Papermaking Waste into Thermo-Galvanic Gel for Harvesting Waste Heat and Sunlight – Journal : Journal of Bioresources and Bioproducts – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
