Five research projects that could be part of a low-carbon future

Un graphique sur l’énergie renouvelable montre une main tenant la Terre entourée d’icônes circulaires représentant entre autres le recyclage, l’énergie éolienne, l’électricité et l’eau.

Cinq projets de recherche à faible teneur de carbone

Il n’y a pas de solution miracle à la réduction des émissions de dioxyde de carbone, mais des chercheurs du Canada jouent un rôle de premier plan dans la conception de technologies vertes pour contribuer à freiner les changements climatiques
8 décembre 2015

Des batteries améliorées pour obtenir des énergies de remplacement plus fiables

Les sources d’énergie renouvelable, comme l’énergie solaire ou éolienne, seraient plus répandues si, pendant les périodes de pointe, l’énergie pouvait être emmagasinée de façon plus efficace pour approvisionner le réseau la nuit ou les jours sans soleil ni vent.

C’est pourquoi des chercheurs de la Dalhousie University ont contribué à la mise au point de batteries au lithium-ion moins coûteuses qui peuvent durer des dizaines d’années.

Bien que les batteries au lithium-ion soient utilisées pour emmagasiner l’énergie des réseaux de distribution à plusieurs endroits dans le monde, ces installations coûtent cher, et les batteries dont elles ont besoin pour fonctionner ont une durée de vie de 8 à 10 ans.

Spécialiste en science des matériaux, Jeff Dahn et son équipe en sont à créer des batteries au lithium-ion qui dureraient de nombreuses décennies, emmagasineraient davantage d’énergie dans un espace plus restreint et seraient conçues à partir de matériaux moins coûteux.

Pourtant, ce n’est pas demain que les sources d’énergie intermittente, telles que le soleil et le vent, remplaceront les combustibles fossiles. En effet, selon M. Dahn, toutes les batteries au lithium-ion produites dans le monde l’année dernière ne parviendraient pas à emmagasiner l’énergie nécessaire pour alimenter la Nouvelle-Écosse, et ce, pendant une seule journée.

« Il faut stocker une énorme quantité d’énergie pour être en mesure de répondre aux besoins d’une province, d’un État, d’un pays, voire du monde entier, affirme M. Dahn. Pour effectuer un véritable virage en faveur de l’énergie renouvelable, nous devons nous pencher sur l’entreposage de l’énergie qui constitue un des grands enjeux de ce projet. Or, nous n’avons pas encore mis au point une stratégie [efficace] à cet égard », affirme le chercheur, et ce, même si l’amélioration des batteries constitue probablement un élément de la solution.

Convertir des déchets en combustible dans des collectivités éloignées

Des chercheurs de la Memorial University of Newfoundland (MUN) trouvent des moyens de transformer les résidus des activités de transformation du bois et du poisson – y compris la sciure de bois, l’écorce d’arbre, la chair de poisson et les coquillages rejetés – en produits biochimiques et en biocarburants.

« L’avantage avec les biocarburants en général, c’est qu’ils remplacent facilement les combustibles fossiles », explique Kelly Hawboldt, ingénieure chimiste et professeure au département de génie et des sciences appliquées à la Memorial University of Newfoundland. « Puisqu’il s’agit d’un carburant liquide, on peut utiliser l’infrastructure existante conçue au départ pour une alimentation en combustibles à base de pétrole.

Le groupe de recherche de Mme Hawboldt conçoit des technologies à l’intention des collectivités éloignées qui vivent de la pêche ou de l’exploitation forestière où les systèmes conventionnels de traitement des biocarburants s’avéreraient trop dispendieux ou d’une grande complexité sur le plan logistique. Comme les collectivités éloignées doivent souvent débourser des sommes importantes pour le transport par camion de sous-produits de valeur en vue de leur traitement ou de leur élimination, il est doublement avantageux de trouver à ces dérivés une utilisation locale. « L’idée est de tirer un usage de tous ces produits et, dans les endroits reculés, il serait même possible de créer une industrie autour de ce concept », affirme Mme Hawboldt.

À titre d’exemple, l’huile extraite des sous-produits du poisson ayant été rejetée pourrait servir à alimenter en énergie l’usine de traitement du poisson qui en est à l’origine. Dans une moindre mesure, on pourrait faire de même avec les effluents émis par l’industrie pétrolière, minière et gazière.

Produire de l’énergie à une échelle moindre pour réduire le gaspillage

La plupart des centrales énergétiques ont un taux d’efficacité de 30 à 50 pour cent, ce qui signifie que 70 pour cent de l’énergie électrique, thermale ou fossile générée par les centrales nucléaires ou issue de la combustion d’énergie fossile se perd au cours de la production et du transport. Des chercheurs de la McMaster University en sont donc à mettre au point de mini centrales à l’échelle de la collectivité, ce qui éliminerait la nécessité de transporter l’énergie sur de grandes distances. L’idée est d’augmenter l’efficacité générale jusqu’à 90 pour cent en répartissant la production d’énergie sur le territoire au lieu de la concentrer dans des centrales à grande échelle éloignées des points d’utilisation.

James Cotton, ingénieur-mécanicien, et son équipe conçoivent donc un petit générateur au gaz naturel qui pourrait fonctionner à partir de la biomasse, de déchets ou d’autres sous-produits. M. Cotton affirme que ces générateurs fourniraient deux ou trois mégawatts alors que les grandes centrales en produisent de 1000 à 4000. Ils se penchent également sur un système de stockage d’énergie géothermique qui capterait la chaleur pendant l’été et l’emmagasinerait dans le sol en vue d’un usage ultérieur.

Pour mettre à l’essai ce concept et d’autres encore, l’équipe est en train de construire un centre de production d’énergie expérimental à petite échelle au campus de la University McMaster qui intègre pleinement les sources d’énergie disponibles dans la région. Ce prototype comprendra une petite turbine éolienne, des panneaux solaires et une voiture électrique. La construction achevée, les chercheurs se pencheront sur le moyen de mettre en œuvre ce concept dans d’autres collectivités, ce qui, selon M. Cotton, pourrait avoir lieu au cours des cinq prochaines années.

« Notre objectif est de minimiser l’utilisation de combustibles fossiles et de réduire les pertes d’énergie », explique le chercheur.

Utiliser des bactéries pour réduire les risques posés par le méthane

Lorsqu’il est question de retenir la chaleur dans l’atmosphère, le méthane – ou, le gaz naturel – est 34 fois plus puissant que le dioxyde de carbone. Il est produit, entre autres, par les milieux humides, le bétail et les fuites de canalisation. Des chercheurs de la University of Calgary examinent donc des moyens d’utiliser des bactéries pour détruire les gaz à effet de serre là où le méthane est émis dans l’atmosphère en quantité insuffisante pour être récupéré comme combustible, par exemple dans les puits de pétrole abandonnés et les décharges municipales.

Peter Dunfield et son équipe se servent de bactéries mangeuses de méthane pour oxyde r le gaz et le transformer en un dioxyde de carbone moins puissant. Pour ce faire, ils construisent des lits bactériens à partir de matériaux poreux – comme le compost – où les bactéries peuvent croître et oxyder le gaz méthane au fur et à mesure que celui-ci passe au travers de ce filtre. Les chercheurs ont ensuite eu recours à des techniques fondées sur l’ADN pour déterminer quelles bactéries étaient présentes et dans quelle proportion, en vue de suivre et d’améliorer l’efficacité des lits bactériens.

On peut faire usage de lits bactériens dans les parcs d’engraissement du bétail ou à proximité de champs gaziers ou pétrolifères, où il est difficile de capter les émissions de méthane.

L’équipe de M. Dunfield travaille de concert avec des entreprises de sables bitumineux de l’Alberta pour essayer de comprendre comment il serait possible d’utiliser les communautés microbiennes pour réduire la quantité de méthane et d’autres produits chimiques qui émanent des bassins à résidus.

Selon le chercheur, la transformation des émissions de méthane à faible concentration nous permettrait de nous rapprocher considérablement des objectifs de réduction canadiens dans le cadre des changements climatiques.

« Chacune de ces sources peut sembler sans importance, affirme M. Dunfield. Mais lorsqu’on additionne les innombrables sites de ce type dans l’Ouest canadien et le reste du pays, cela représente une source non négligeable. »

Des systèmes de refroidissement de remplacement pour économiser de l’électricité

Près de 15 pour cent de l’électricité consommée sur la planète est utilisée pour la climatisation, la réfrigération ainsi que les systèmes de chauffage et de refroidissement industriels. C’est pourquoi des chercheurs de la Simon Fraser University sont en train de mettre au point une autre façon de refroidir les maisons, les véhicules et même les réfrigérateurs industriels.

Majid Bahrami et son équipe ont recours à un phénomène appelé le « refroidissement par adsorption » pour convertir en air froid l’énergie thermique perdue émise, entre autres, par une soupape d’échappement ou un radiateur automobile.

Les systèmes de refroidissement à compression conventionnels de même que ceux à adsorption tirent profit du refroidissement qui survient lors de l’évaporation d’un fluide frigorigène. Toutefois, alors que les appareils traditionnels nécessitent une grande quantité d’énergie pour comprimer le gaz évaporé en liquide, l’appareil à adsorption fonctionne avec l’énergie thermique perdue pour amener la vapeur du fluide frigorigène à se condenser sous forme liquide à la surface des nombreuses crevasses d’un matériel solide très poreux comme le gel de silice, un processus semblable à celui qui pousse la vapeur d’eau à se condenser sur la paroi d’un verre. De plus, la plupart des fluides frigorigènes nécessaires pour faire fonctionner les systèmes de refroidissement conventionnels sont néfastes pour la couche d’ozone s’ils sont libérés, alors que les appareils à adsorption utilisent des fluides respectueux de l’environnement, y compris de l’eau.

Pour toutes ces raisons, les systèmes de refroidissement à adsorption deviennent des solutions de rechange de plus en plus populaires. À l’heure actuelle, l’équipe de M. Bahrami tente d’améliorer l’avantage concurrentiel de la technologie afin qu’elle puisse se mesurer aux systèmes de refroidissement conventionnels, et ce, en concevant une version plus petite et plus légère qui serait aussi plus puissante et moins chère. Le chercheur espère achever le prototype d’un véhicule d’ici à quelques années.

Cara McKenna est journaliste-pigiste à Vancouver, en Colombie-Britannique.