Objectif

Stocker la chaleur fatale récupérée afin de permettre une utilisation décalée dans le temps. 

Principe

Le stockage thermique par voie thermochimique exploite la réversibilité d’une réaction (adsorption-désorption ou chimique) qui est, selon le sens de la réaction considérée, soit endothermique soit exothermique.

• Stockage par Adsorption/Désorption

Les systèmes à adsorption mettent en jeu un couple solide/gaz. Les principaux matériaux adsorbants sont des matériaux poreux à grande surface spécifique tels que les gels de silice, les alumino-phosphates, les silico-phosphates et les zéolithes.

L'adsorption correspond à la fixation des molécules de gaz à la surface du solide. Ce phénomène est exothermique, donc restitue de la chaleur (décharge de l'énergie). La désorption correspond à la libération des molécules de gaz de la surface du solide. Ce phénomène est endothermique, donc consomme de la chaleur (stockage de l'énergie).

Le schéma ci-dessous présente le principe du stockage de l'énergie par adsorption/désorption :

• Stockage par voie chimique 

Les systèmes chimiques mettent en jeu une réaction chimique réversible entre un solide et un gaz. Il s’agit généralement de réactions entre différents sels et de l’eau (hydrates). Il est possible d'associer les matériaux réactifs (sels) à une matrice (plastique, cuivre, sable…), afin d'améliorer les paramètres de transfert thermique et/ou massique et parfois la stabilité et la durabilité du matériau dans le temps.

Les réactions chimiques envisagées sont de la forme suivante :

AB + Q ↔ A+B

Lors de la phase de décomposition/dissociation du produit AB, l'énergie thermique Q permet de mettre en œuvre la réaction endothermique. C'est l'étape de charge de l'énergie. La réaction réversible est exothermique et correspond à la phase de formation/restitution. Les produits A et B sont mis en contact afin de régénérer le produit initial AB et restituer une quantité de chaleur Q. C'est l'étape de décharge de l'énergie.

Performances

Le stockage de chaleur par voie thermochimique offre plusieurs avantages par rapport aux deux autres systèmes de stockage (sensible et latent) :

• la densité énergétique est respectivement 5 à 10 fois plus importante que pour des systèmes de stockage par chaleur latente ou par chaleur sensible ;
• stockage de chaleur jusqu'à 250°C ;
• la restitution de la chaleur peut se faire à température constante ;
• la durée de stockage et la distance de transport des réactifs sont théoriquement illimitées, puisque les produits peuvent être stockés à température ambiante (aucune perte thermique). C’est le seul procédé de stockage de chaleur qui permet de réaliser un stockage "inter-saisonnier", c’est à dire, stocker l’énergie l’été pour la restituer l’hiver.

La technologie a été prouvée au niveau pilote industriel pour les applications de récupération de chaleur fatale dans l'industrie.

Le tableau suivant compare les différents systèmes de stockage applicables à la récupération de chaleur fatale industrielle : stockage par chaleur sensible, par chaleur latente, et le stockage thermochimique (adsorption/désorption).

Avantages

• Vaste gamme de température de stockage : allant du froid jusqu'à 250°C
• Densité énergétique élevée par rapport aux autres systèmes de stockage
• Possibilité de transporter la chaleur ou le froid stocké
• Non toxique et non néfaste pour la santé et l'environnement
• Faible chute d'efficacité au cours du temps

Inconvénients

• Complexité de la technologie et complexité d'intégration entre sources et puits de chaleur
• Temps de charge long, limité par le transfert de masse dans le système

Applications

• Stockage de chaleur dans l'industrie de 160 à 250°C (échelle pilote industriel)
• Production et stockage de froid (commercialisé)
• Stockage de chaleur à destination des bâtiments (échelle laboratoire)

Secteurs industriels

Tous secteurs.