Opinion: These 5 energy innovations could transform how we fight climate change — and save us money

Pour la plupart des gens, une ferme solaire ou une centrale géothermique est simplement un producteur d’électricité. Les scientifiques et les ingénieurs voient beaucoup plus de potentiel.

Ils envisagent des éoliennes offshore capturant et stockant le carbone sous la mer, et des centrales géothermiques produisant des métaux essentiels pour alimenter les véhicules électriques. Les batteries des véhicules électriques peuvent également être transformées pour alimenter les maisons, ce qui permet à leurs propriétaires d’économiser de l’argent.

Alors que les scientifiques du monde entier tirent la sonnette d’alarme sur les dangers et les coûts croissants du changement climatique, explorons quelques idées de pointe qui pourraient transformer la façon dont les technologies d’aujourd’hui réduisent les effets du réchauffement climatique, à partir de cinq articles récents dans The Conversation.

1. Canaux solaires : électricité + protection de l’eau

Et si les panneaux solaires faisaient double emploi, protégeant l’approvisionnement en eau tout en produisant plus d’énergie ?

La Californie développe les premiers canaux solaires des États-Unis, avec des panneaux solaires construits au-dessus de certains des canaux de distribution d’eau de l’État. Ces canaux parcourent des milliers de kilomètres à travers des environnements arides, où l’air sec stimule l’évaporation dans un état fréquemment troublé par les pénuries d’eau.

“Dans une étude de 2021, nous avons montré que couvrir les 4 000 miles des canaux de Californie avec des panneaux solaires permettrait d’économiser plus de 65 milliards de gallons d’eau par an en réduisant l’évaporation. C’est suffisant pour irriguer 50 000 acres de terres agricoles ou répondre aux besoins résidentiels en eau de plus de 2 millions de personnes », écrit le professeur d’ingénierie Roger Bales de l’Université de Californie, Merced. Ils développeraient également les énergies renouvelables sans occuper de terres cultivables.

La recherche montre que les activités humaines, en particulier l’utilisation de combustibles fossiles pour l’énergie et le transport, réchauffent sans équivoque la planète et augmentent les phénomènes météorologiques extrêmes. L’augmentation des énergies renouvelables, qui représentent actuellement environ 20 % de la production d’électricité à grande échelle aux États-Unis, peut réduire la demande de combustibles fossiles.

L’installation de panneaux solaires sur de l’eau ombragée peut également améliorer leur puissance de sortie. L’eau plus froide abaisse la température des panneaux d’environ 10 degrés Fahrenheit (5,5 Celsius), augmentant leur efficacité, écrit Bales.

2. L’énergie géothermique pourrait augmenter l’approvisionnement des batteries

Pour que les énergies renouvelables réduisent considérablement les émissions mondiales de gaz à effet de serre, les bâtiments et les véhicules doivent pouvoir les utiliser. Les batteries sont essentielles, mais l’industrie a un problème de chaîne d’approvisionnement.

La plupart des batteries utilisées dans les véhicules électriques et le stockage d’énergie à grande échelle sont des batteries lithium-ion, et la plupart du lithium utilisé aux États-Unis provient d’Argentine, du Chili, de Chine et de Russie. La Chine est le leader du traitement du lithium.

Des géologues et des ingénieurs travaillent sur une méthode innovante qui pourrait augmenter l’approvisionnement en lithium des États-Unis en extrayant le lithium des saumures géothermiques de la région de la mer de Salton en Californie.

Les saumures sont les restes liquides d’une centrale géothermique après que la chaleur et la vapeur ont été utilisées pour produire de l’électricité. Ce liquide contient du lithium et d’autres métaux tels que le manganèse, le zinc et le bore. Normalement, il est pompé vers le sous-sol, mais les métaux peuvent également être filtrés.

“Si les projets de test actuellement en cours prouvent que le lithium de qualité batterie peut être extrait de ces saumures de manière rentable, 11 centrales géothermiques existantes le long de la mer de Salton pourraient avoir le potentiel de produire suffisamment de lithium métal pour fournir environ 10 fois la demande américaine actuelle”, écrivent le géologue Michael McKibben de l’Université de Californie, Riverside, et le spécialiste de la politique énergétique Bryant Jones de l’Université d’État de Boise.

Le président Joe Biden a invoqué le 31 mars la Defense Production Act pour inciter les entreprises américaines à extraire et à traiter des minéraux plus critiques pour les batteries.

3. Hydrogène vert et autres idées de stockage

Les scientifiques travaillent également sur d’autres moyens de renforcer la chaîne d’approvisionnement en minéraux des batteries, notamment en recyclant le lithium et le cobalt des anciennes batteries. Ils développent également des conceptions avec d’autres matériaux, a expliqué Kerry Rippy, chercheur au National Renewable Energy Lab.

L’énergie solaire concentrée, par exemple, stocke l’énergie du soleil en chauffant du sel fondu et en l’utilisant pour produire de la vapeur pour alimenter des générateurs électriques, de la même manière qu’une centrale électrique au charbon produirait de l’électricité. C’est cher, cependant, et les sels actuellement utilisés ne sont pas stables à des températures plus élevées, écrit Rippy. Le ministère de l’Énergie finance un projet similaire qui expérimente le sable chauffé.

Les carburants renouvelables, tels que l’hydrogène vert et l’ammoniac, offrent un type de stockage différent. Puisqu’ils stockent l’énergie sous forme liquide, ils peuvent être transportés et utilisés pour le transport ou le carburant de fusée.

L’hydrogène attire beaucoup l’attention, mais tout l’hydrogène n’est pas vert. La majeure partie de l’hydrogène utilisé aujourd’hui est en fait produite avec du gaz naturel – un combustible fossile. L’hydrogène vert, en revanche, pourrait être produit à l’aide d’énergies renouvelables pour alimenter l’électrolyse, qui divise les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène, mais encore une fois, cela coûte cher.

“Le principal défi consiste à optimiser le processus pour le rendre efficace et économique”, écrit Rippy. “Le gain potentiel est énorme : une énergie inépuisable et entièrement renouvelable.”

4. Utiliser votre VE pour alimenter votre maison

Les batteries pourraient également bientôt transformer votre véhicule électrique en une batterie mobile géante capable d’alimenter votre maison.

Seuls quelques véhicules sont actuellement conçus pour la recharge de véhicule à domicile, ou V2H, mais cela est en train de changer, écrit l’économiste de l’énergie Seth Blumsack de la Penn State University. Ford, par exemple, affirme que sa nouvelle camionnette F-150 Lightning pourra alimenter une maison moyenne pendant trois jours avec une seule charge.

Blumsack explore les défis techniques à mesure que V2H se développe et son potentiel pour changer la façon dont les gens gèrent la consommation d’énergie et la façon dont les services publics stockent l’énergie.

Par exemple, écrit-il, “certains propriétaires pourraient espérer utiliser leur véhicule pour ce que les planificateurs des services publics appellent” l’écrêtage des pointes “- tirer l’énergie domestique de leur VE pendant la journée au lieu de compter sur le réseau, réduisant ainsi leurs achats d’électricité pendant les heures de pointe. . »

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5. Capturer le carbone de l’air et l’enfermer

Une autre technologie émergente est plus controversée.

Les humains ont émis tellement de dioxyde de carbone dans l’atmosphère au cours des deux derniers siècles que le simple fait d’arrêter l’utilisation des combustibles fossiles ne suffira pas à stabiliser rapidement le climat. La plupart des scénarios, y compris dans les récents rapports du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, montrent que le monde devra également éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère.

La technologie pour capter le dioxyde de carbone de l’air existe – c’est ce qu’on appelle la capture directe de l’air – mais elle est coûteuse.

Des ingénieurs et des géophysiciens comme David Goldberg de l’Université de Columbia explorent des moyens de réduire ces coûts en combinant la technologie de capture directe de l’air avec la production d’énergie renouvelable et le stockage du carbone, comme des éoliennes offshore construites au-dessus de formations rocheuses sous-marines où le carbone capturé pourrait être enfermé.

La plus grande usine de capture directe d’air au monde, lancée en 2021 en Islande, utilise l’énergie géothermique pour alimenter ses équipements. Le dioxyde de carbone capturé est mélangé à de l’eau et pompé dans des formations souterraines de basalte volcanique. Les réactions chimiques avec le basalte le transforment en un carbonate dur.

Goldberg, qui a aidé à développer le processus de minéralisation utilisé en Islande, voit un potentiel similaire pour les futurs parcs éoliens offshore américains. Les éoliennes produisent souvent plus d’énergie que leurs clients n’en ont besoin à un moment donné, ce qui rend l’énergie excédentaire disponible.

“Construites ensemble, ces technologies pourraient réduire les coûts énergétiques de la capture du carbone et minimiser le besoin de pipelines terrestres, réduisant ainsi les impacts sur l’environnement”, écrit Goldberg.

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Stacy Morford est la rédactrice environnement et climat de The Conversation. Cela a été publié pour la première fois par The Conversation – “Ces innovations énergétiques pourraient transformer la façon dont nous atténuons le changement climatique et économiser de l’argent dans le processus – 5 lectures essentielles”.

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