ou
L'alliance de la pile Daniell & d'un four solaire...
- Principe de base
- Principe de la pile Daniell
- Rendement
- Principe des fours solaires (régénération des métaux + génération de vapeur...)
A l'heure des énergies renouvelables, ( panneaux solaires, éoliennes, biomasse...) n'y aurait t'il pas une piste a étudier, notamment en ce qui concerne les accumulateurs et les piles, et plus particulièrement la pile Daniell?
J'ai mis "Nouveau" entre guillemets, car il n'y a là, aucune invention, mais juste un assemblage d'idées et de principes...
Alessandro Volta a inventé la pile qui porte son nom, dans laquelle des disques de zinc et de cuivres sont empilés alternativement entre des rondelles de tissus imprégnés d'eau salée...
La pile fonctionne jusqu’à ce que les disques de zinc se recouvrent d'une couche de cuivre, annulant l'effet "redox".
La pile inventée par John Daniell a l'avantage de disposer de deux électrolytes séparés, dans lesquels baignent deux métaux de nature différentes:
- Lame de cuivre, baignant dans du sulfate de cuivre, et
- lame de zinc, baignant dans du sulfate de zinc,
- ( ou lame de fer dans du sulfate de Fer...)
Les deux électrolytes étant séparés par un pont salin, celui-ci ne laissant passer que les ions.
Au cours de la réaction, le sulfate de cuivre se transforme en cuivre métallique : la lame de cuivre " grossit " en se couvrant de cuivre métallique, tandis que la lame de zinc " fond " sous forme d'oxyde de zinc.
Cliquer ici pour voir une Excellente Animation sur le fonctionnement de la pile Daniell
La réaction s’arrête quand tout l'élément en zinc ou en fer a "fondu" (transformé en oxyde) ou quand tout le sulfate de cuivre s'est transformé en cuivre métallique ...
Il faut donc rajouter une nouvelle lame de zinc et des cristaux de sulfate de cuivre pour ré-démarrer la réaction...
Apparemment, rien de bien économique, ni écologique, jusque la!
Sauf que si on analyse bien le fonctionnement de ce système, on se rend compte que les deux "métaux-réactifs" sont entièrement et très facilement recyclables... Et mis a part le transport des métaux sur les lieux de régénération, la gestion de la Centrale peut être entièrement automatique et robotisée...
Un autre point fort du système est que la centrale ne produit de l'énergie électrique que s'il y a de la demande, ( les piles ne s'usent que si l'on s'en sert) contrairement a beaucoup d'autres système ou il y a une production permanente a pertes...
Avant l'invention des générateurs électro-mécaniques, les piles étaient largement utilisées là ou il y avait un besoin important d'électricité. (Postes, télégraphes, Chemins de fer, éclairage de grands magasins...)
Salle des piles des PTT, Paris, 1894
Pour fabriquer du sulfate de cuivre , a moins de passer par l'électro-chimie, l'opération n'est pas trop compliquée ni très gourmande en énergie:
Il suffit de déchiqueter des copeaux de cuivre et de les laisser a l'air humide afin d'obtenir ce que l'on nome de l' oxyde de cuivre.
On peut chauffer au rouge ( mais pas fondre) cette grenaille de cuivre pour accélérer l'oxydation.
Cet oxyde de cuivre est alors prêt, par simple ajout d'acide sulfurique, a se transformer en sulfate de cuivre, qu'il faut filtrer puis laisser reposer afin d'obtenir des cristaux de sulfate de cuivre.
Pour reconvertir du l'oxyde de zinc en zinc métallique, on a le choix entre l’opération électro-chimique, ou l'opération thermique. Cette dernière demande énormément d'énergie calorifique... De quoi anéantir toute le bénéfice énergétique récolté par les piles...
En effet, il faut une température de 1975 Degrés Celsius pour le faire fondre ( il se transforme en vapeur ) et donc de disposer d'un circuit a condenseur...
De même, pour de l’oxyde de fer, sauf qu'il nécessite une température de fusion moins élevée et ne se transforme pas en vapeur ( dont le principe est connu depuis l'antiquité ) ...
Économiquement et écologiquement, le mieux serait de disposer d'un four solaire...
Voila la démarche vers l'énergie renouvelable:
Il s'agit de dé-oxyder de grandes quantité de zinc au moyen de fours solaire!
En effet, "traditionnellement", le four chauffe des sels fondus qui circulent dans une chaudière raccordée a une turbine...Pourquoi ne pas d'abord dé-oxyder des métaux PUIS récupérer la chaleur pour alimenter la chaudière? (cogénération)
-Question:
Sulfate de cuivre, oxyde de zinc... Est ce bien écologique, tout ça?
-Réponse:
Le sulfate de cuivre neutralisé est le composant principal de la "bouillie Bordelaise", que l'on pulvérise sur les arbres et légumes plantés, pour exterminer certains parasites...
L'oxyde de zinc est présent dans beaucoup de crèmes solaires...
Le tout est de n'abuser de rien, a part de précautions.
Les usines a piles seraient souvent, comme autrefois, souterraines...
le plus gros danger se situe dans la conversion du zinc, de l'état oxydé a l'état métallique; Il passe par une phase gazeuse mais le procédé est déjà maîtrisé en métallurgie.
Écologiquement, il est vrai que les "piles" ont mauvaises réputation, mais ici, ce n'est pas du tout la technologie des piles alcalines et salines...
-Question:
Ne serait t'il pas farfelu d'utiliser ce genre de système de piles, a notre époque?
-Réponse:
Bien sûr que si, autant, d’ailleurs, que d'utiliser des moulins a vent pour produire de l'électricité, ou de la bouse de vache pour produire du méthane!
Plus sérieusement, il faut rechercher dans tout ce qui est économiquement et écologiquement viable pour produire une énergie plus propre et je pense que ce système peut contribuer a l'élargissement de l'éventail des "nouvelles sources d'énergies"...
Il existe des centrales hydro-électriques, des centrales thermiques, des centrales photovoltaïques... Pourquoi pas des centrales électro-chimiques.
Toute la technologie employée est connue, maîtrisée et approuvée. Il ne reste qu'a démontrer la notion de rendement... Qui est toute subjective, quand on sait que tout atome de métal mis en œuvre sera toujours converti en électricité et tout en sachant que l'on peut "robotiser" la production et le suivi des processus au maximum.
Personne ne s'étonne d'avoir des accumulateurs au plomb dans sa voiture, car il n'y a rien eu d'autre de plus performant, pour l'instant...
-Question:
Est-ce vraiment rentable? Que peut-on espérer comme rendement?
-Réponse:
Le mot "magique" est REDOX, ou Potentiel d'oxydoréduction qui indique quel métal est le plus apte à " décomposer " un autre...
Il y a 85 milliards de milliards d’atomes dans 1 mm3 de métal de cuivre, et chaque atome peut libérer au moins 1 électron, qui est la base du courant électrique...
En fait, plus il y a de métaux mis en jeu, plus il y a d'énergie a récupérer...
Les piles sont des sortes de "réacteurs a métaux", qu'il faut assembler en batterie, car chaque élément peut fournir plus d'intensité de courant (Ampères) que de tension (Volts), comme les batteries automobiles...
A la place du zinc, on peut utiliser du fer, et donc, ce fer se décompose en oxyde de fer (rouille).
Il faut chauffer cette oxyde a 1538 C° pour obtenir de nouveau du fer métallique... Moins chaud que pour le zinc, pas de phase gazeuse, certes, mais il faudrait fondre plus de métal, pour avoir le même rendement électro-chimique... ( redox cuivre/fer moins important )
Les centrales a piles pourraient se situer au plus près de la demande ( communes, cantons, départements...), tandis que la régénération des métaux pourrait se délocaliser, au moyens de transports, vers des régions ou le taux d'ensoleillement et important...
-Question:
Je n'ose pas imaginer la taille des bâtiments, pour aligner toutes ces piles!
-Réponse:
Il est vrai que le seul paramètre contraignant est le dimensionnement des piles, dû par la mise en place des ponts salins indispensables afin de ne pas mélanger les éléments.
Les matériaux de base sont des bacs en PVC alvéolés, résistants parfaitement aux acides et les ponts salins sont constitués de toile de verre. Donc, des matériaux pratiquement inusables dans le temps...
Aucune nuisance sonore ni pollution. Et surtout, pas de radiations...
Des centrales solaires se construisent aux États-Unis et en Israël, et couvrent plusieurs hectares...
Des fermes a Micro-algues aussi, ainsi que des "champs" de panneaux solaires photo-voltaïques..
Même en ce qui concerne les centrales nucléaires, si l'on inclut les mines d'uranium, cela représente des superficie impressionnantes...
Une usine génératrice a pile peut être concentrée dans un bâtiment, sur plusieurs étages, et même enterrée...
A la place du zinc, on peut utiliser du fer, et donc, ce fer se décompose en oxyde de fer (rouille).
Il faut chauffer cette oxyde a 1538 C° pour obtenir de nouveau du fer métallique... Moins chaud que pour le zinc, pas de phase gazeuse, certes, mais il faudrait fondre plus de métal, pour avoir le même rendement électro-chimique... ( redox cuivre/fer moins important )
Les centrales a piles pourraient se situer au plus près de la demande ( communes, cantons, départements...), tandis que la régénération des métaux pourrait se délocaliser, au moyens de transports, vers des régions ou le taux d'ensoleillement et important...
-Question:
Je n'ose pas imaginer la taille des bâtiments, pour aligner toutes ces piles!
-Réponse:
Il est vrai que le seul paramètre contraignant est le dimensionnement des piles, dû par la mise en place des ponts salins indispensables afin de ne pas mélanger les éléments.
Les matériaux de base sont des bacs en PVC alvéolés, résistants parfaitement aux acides et les ponts salins sont constitués de toile de verre. Donc, des matériaux pratiquement inusables dans le temps...
Aucune nuisance sonore ni pollution. Et surtout, pas de radiations...
Des centrales solaires se construisent aux États-Unis et en Israël, et couvrent plusieurs hectares...
Des fermes a Micro-algues aussi, ainsi que des "champs" de panneaux solaires photo-voltaïques..
Même en ce qui concerne les centrales nucléaires, si l'on inclut les mines d'uranium, cela représente des superficie impressionnantes...
Une usine génératrice a pile peut être concentrée dans un bâtiment, sur plusieurs étages, et même enterrée...
-Question:
N'est t'il pas plus pratique de produire directement de l'électricité, par un système - chaudière, turbine, alternateur - par le four solaire?
-Réponse:
C'est justement ce qui est a évaluer:
Est t'il plus rentable de chauffer de l'eau, ou bien de fondre pour dé-oxyder du métal dans un four solaire?
Et puis, un four solaire ne fonctionne pas la nuit... A moins de stocker du fluide thermique la journée.
Nous allons calculer combien une certaine masse de zinc fournirait d'électricité, par rapport a une certaine masse d'eau ( ou de sels fondus puis de masse d'eau, comme il se fait couramment dans les centrales solaires) qui serait transformée en vapeur afin de fournir, elle aussi, de l'électricité...
-Question:
Et pourquoi ne pas profiter des deux systèmes?
Le four solaire fond l'oxyde de zinc, celui-ci se transforme en vapeur et est précipité en métal tout en étant refroidi par de l'eau ( ou des sels fondus) qui circulent dans une chaudière...
Une pierre deux coups, quoi!
| En
résumé: - C'est toujours la même quantité de matière qui est utilisée dans les piles, que ce soit les métaux ou les sulfates. Le prix de reviens et le rendement d'une centrale peut être fixé une fois pour toute... - Ces matières sont facilement régénérables, bien que le Zinc ou le Fer demandent plus d'énergie pour être recyclés. - A part le transport des matériaux aux points de recyclages, tout le processus peut être entièrement robotisé. ( filtration des sulfates, mise en containers, contrôle d'acidité, de tension, d’intensité, réduction des éléments en cuivre, mise en place des métaux dans les cuves...) |
Sans parler des piles a combustibles HO, beaucoup d'études sont menées à travers le monde au sujet de piles utilisant des bactéries... A savoir si elle auront un aussi bon rendement que les piles Daniell et présenterons moins de risques écologiques...
A suivre!..
Références:
PROMES-CNRS
four solaire de Mont-Louis
http://four-solaire.fr/
http://www.caniveaux-nicoll.com/download/divers/Resistance_PVC_aux_agents_chimiques.pdf
Données:
L'électron e- est une particule pourvue d'une charge électrique négative de -1,602×10−19 C.
Pour fabriquer facilement de la poudre de cuivre:
- Faire tremper des bouts de fils de cuivre dans une solution de sel & vinaigre dans un récipient en plastique ou verre pendent 3 jours. (l'eau devient légèrement bleutée)
- Ajouter des clous (ou lames de cutter).
- Laisser macérer puis retirer les clous.
- Rincer 3 fois puis filtrer avec un filtre a café pour récupérer la poudre.
