Thermoélectricité : quels espoirs fonder ?

[Tiennel]

Regroupement de compétences autour de la thermoélectricité

Soumis à un gradient thermique, certains matériaux dit "thermoélectriques" produisent une force électromotrice. C'est l'effet Seebeck. En revanche, les mêmes matériaux, s'ils sont parcourus par un courant électrique, développent un gradient thermique. Les chercheurs parlent alors d'effet Peltier. Si ces effets thermoélectriques sont connus depuis très longtemps - le physicien allemand Thomas Johann Seebeck fit sa découverte en 1821, alors que celle faite par le physicien français Jean Peltier date de 1834 - la thermoélectricité, elle, n'a pas encore conduit au développement des applications prometteuses qu'elle permet d'envisager à plus ou moins long terme. Ainsi on pourrait récupérer l'énergie perdue dans la chaleur des pots catalytiques des voitures afin de recharger la batterie alimentant certains instruments de bord. Récupérée, la chaleur du corps humain pourrait permettre aussi de recharger un téléphone portable, via par exemple un pull-over thermoélectrique. Mais il faut dire que la complexité de la mise en oeuvre de la thermoélectricité a fait que les industriels, durant longtemps, ne s'y sont pas intéressés.

Je vous recommande de lire l'article qui donne un premier panorama de la question. Il a été écrit par un des chercheurs, donc c'est forcément un peu optimiste

[jimfells]

Des essais sont menés sur des lignes d'échappement avec des plaques thermoéléctriques, mais les systèmes qui semble présenter les meilleurs rendements fonctionnent avec un fluide caloporteur :

http://www.moteurnature.com/actu/uneact ... ws_id=1010

C'est pas encore pour demain, mais ça a le mérite d'être étudié sérieusement.

.

[fletcher]

Bonjour,
En fuinant sur le web, j'ai trouvé la réalisation d' un bricoleur qui me parait vraiment interressante.
Vu le bas prix de ces modules par rapport aux PV, financièrement c'est le top.
http://www.h2osmose.com/ecogwada/frittes/TEG/

D'autres part, il y a la calopile sur laquelle je fondais un espoir ( le site web existe depuis plus de 5 ans )
Le constructeur prommettait à l'époque une commercialisation rapide.
5 ans ont passés. Rien, comme s'il y avait un blocage quelque part ? Loby EDF ?
j'avais même téléphoné au constructeur : que des belles promesses sans lendemain.
Aujourd'hui il semblerait que les modules sont réservés pour la cogénération et ne sont pas vendues aus particuliers.

J'ai la nette impression que le " Système " est fait pour faire cracher aux particuliers le maximum de pognon qui rentre toujours dans les mêmes poches.
Y qu'a voir le prix exorbitant de toutes installation solaire.
Moteur Stirling hors de prix aussi.
Vous ne trouver pas celà bizare ?

Fletcher.

[vincent128]

Bonjour,
En fuinant sur le web, j'ai trouvé la réalisation d' un bricoleur qui me parait vraiment interressante.
Vu le bas prix de ces modules par rapport aux PV, financièrement c'est le top.
http://www.h2osmose.com/ecogwada/frittes/TEG/

5 W pour un delta T de 140 °C et sur une plaque électrique de 1000 W, ça fait un rendement de 0,5 % (et même 0,2 % en rendement global depuis le thermique). En plus, qu'est-ce qu'on fait de 5 W en 12V ?

Ca reste à améliorer, il me semble...

De plus, l'auteur parle de l'utilisation de la chaleur d'une chaudière fioul. Or, la chaleur d'une chaudière fioul n'est pas gratuite. Une chaudière moderne a un rendement thermique de 90 % minimum. Chaque kWh d'électricité produite viendra en déduction des kWh thermiques utiles.

C'est bien de faire de la cogénération, puisque l'électricité est une forme d'énergie plus "noble" que la chaleur. Pour autant, il ne faut pas prétendre qu'on fabrique de l'électricité à partir d'une énergie qui serait disponible gratuitement. Le rendement global de la chaudière reste d'environ 90 % DONC on diminue la production thermique pour la remplacer par une part de production électrique.

D'autres part, il y a la calopile sur laquelle je fondais un espoir ( le site web existe depuis plus de 5 ans )
Le constructeur prommettait à l'époque une commercialisation rapide.
5 ans ont passés. Rien, comme s'il y avait un blocage quelque part ? Loby EDF ?
j'avais même téléphoné au constructeur : que des belles promesses sans lendemain.
Aujourd'hui il semblerait que les modules sont réservés pour la cogénération et ne sont pas vendues aus particuliers.

J'ai la nette impression que le " Système " est fait pour faire cracher aux particuliers le maximum de pognon qui rentre toujours dans les mêmes poches.
Y qu'a voir le prix exorbitant de toutes installation solaire.
Moteur Stirling hors de prix aussi.
Vous ne trouver pas celà bizare ?

Fletcher.

Tout est relatif. Un petit panneau solaire en silicium amorphe coûte très peu cher. Un petit moteur stirling à monter en kit coûte très peu cher.

A un moment, il faut se demander si on veut un bricolage plaisant qui produit quelques Watts quand il n'est pas en panne, ou si on veut une technologie éprouvée, fiable pour des dizaines d'années, avec un constructeur capable d'assurer un SAV, et une production d'électricité significative et compatible, de préférence, avec la vente au réseau (puisque sinon on est obligé de stocker sur batteries, or les batteries sont coûteuses, polluantes, et ont un rendement compris entre 50 et 75 %, donc on perd une partie de la production de toute façon).

Dans le développement d'un produit industriel, il y a toujours de nombreuses étapes entre la première idée et la commercialisation effective (et encore je simplifie à l'extrême) :
- recherche,
- prototypes successifs, améliorations, optimisation,
- conception industrielle pour optimiser le coût de construction, la recyclabilité, la fiabilité, le look, etc.
- pré-série
- nouvelle optimisation
- passage des tests et des normes nécessaires selon la catégorie de l'objet
- commercialisation si tout va bien.

Les inventeurs géniaux auto-proclamés sautent ces étapes et prétendent que leur bricolage dans le garage est la prochaine révolution technologique. Ils ont déposé une enveloppe Soleau ou un brevet donc c'est génial et c'est sur le point d'être commercialisé.

Il faut juste arrêter le délire. Un premier prototype maladroit n'est pas un objet pouvant être produit et commercialisé à grande échelle.

Si par malheur ils arrivent à commercialiser leur produit immature, il y a tellement de problèmes de fiabilité (voire de risque : explosion, incendie) que cela jette le discrédit sur tout la filière et sur toute l'écologie (et je pourrais citer de nombreux exemples).

Il faut rester un peu modeste et les pieds sur terre, et ne pas sous-estimer la distance qu'il existe entre un bricolage dans sa cuisine ou son garage, même s'il est "génial", et une éventuelle et future production à l'échelle industrielle.

[energy_isere]

(J'ai changé le titre stupide de Enerzine)

Les skutterudites, une source de matériaux pour la thermoélectricité

Des physiciens viennois et l'entreprise automobile AVL List coopèrent désormais dans le cadre d'un projet financé par la Société autrichienne de soutien à la recherche appliquée (FFG) pour explorer la faisabilité de l'emploi des skutterudites en tant que source d'énergie.

Les skutterudites forment une famille de cristallins dérivés du minéral CoAs3 (Co pour cobalt et As pour arsenic) dont les propriétés thermoélectriques sont intensivement étudiées. Ils ont en effet la capacité de transformer directement chaleur en courant électrique.

Les recherches sur ces cristallins menées par des scientifiques de l'institut de chimie physique de l'université de Vienne et de l'institut de physique du solide de l'université technologique de Vienne ont conduit à la fabrication d'une skutterudite sans ni phosphore, arsenic ou antimoine, un problème en soi résolu par leur remplacement par du germanium, et à l'amélioration du rendement du cristallin. Les chercheurs estiment qu'un rendement de l'ordre de 20% pourrait ouvrir la voie à l'application de l'effet thermoélectrique à la production rentable d'un courant électrique dans une automobile.

Cette question est au centre d'un projet financé par la FFG. La température atteint en effet près de 500°C à l'intérieur d'un pot catalytique, cette chaleur pourrait être utilisée par un générateur thermoélectrique !

Enerzine

[Turanil]

Encore un procédé dont on aimerait que ça marche vraiment et à grande échelle. Si j'ai bien tout compris, voici un procédé, qui par l'intermédiaire d'un objet en métal, transforme la chaleur en son ( en bruit ! ), et ensuite transforme ce bruit en électricité.

Articles en anglais:
A sound way to turn heat into electricity #1
A Sound Way To Turn Heat Into Electricity #2

Il n'y a pas eu beaucoup d'articles sur ce procédé, qui pourtant devrait déchainer l'enthousiasme. De ce fait je me demande si ça marche vraiment. Ce serait trop beau si ça pouvait fonctionner à grande échelle, on pourrait les utiliser dans des fours solaires, en mettre dans le sous sol, pour une géothermie ne requierrant pas d'eau, etc.

D'autres recherches, sur un procédé différent pour transformer directement la chaleur en électricité :
Eneco details revolutionary power chip
Converting heat to electricity using organic molecules

[mahiahi]

J'ai de gros doutes sur l'efficacité du procédé : en ajoutant des intermédiaires, on n'augmente jamais le rendement

[energy_isere]

Encore un procédé dont on aimerait que ça marche vraiment et à grande échelle. Si j'ai bien tout compris, voici un procédé, qui par l'intermédiaire d'un objet en métal, transforme la chaleur en son ( en bruit ! ), et ensuite transforme ce bruit en électricité.

Articles en anglais:
A sound way to turn heat into electricity #1.....

il s'agit de réaliser des petites sources portables de quelques Watts dans lequel le rendement n' est pas primordial.

Pas la révolution enegétique du 21 iéme siécle.

Mais cette petite niche techno energétique peut quand meme génerer un marché de quelques dizaines de millions de dollars assez rapidement a mon avis.

D'autres recherches, sur un procédé différent pour transformer directement la chaleur en électricité :
Eneco details revolutionary power chip
Converting heat to electricity using organic molecules

C' est la thermoélectricité. Le principe physique est pas nouveau non plus. Depuis 100 ans environ.

CEO of Eneco : "This chip compares with the invention of the transistor, or the TV, or the first aircraft," he says. "It is a genuinely disruptive technology." Now if a claim like that won’t get investors' attention I'm not sure what will.

Ben oui mon gars, t' est un peu optimiste on dirait le come back des starts up.

ah tiens le CEA travaille dessus aussi.
Le labo concerné est le LITEN.
ce document page 7 : http://www.grenoble-isere.com/uploads/D ... 409162.pdf

[energy_isere]

Le matériau thermoélectrique le plus efficace du monde a été développé


vendredi 21 septembre 2012,

Environ 90 % de l’électricité mondiale est produite par l’énergie thermique. Malheureusement, les systèmes de production d’électricité fonctionnent à environ 30 à 40 % d’efficacité, ce qui signifie qu’environ les deux tiers de l’apport d’énergie sont perdus sous forme de chaleur. Malgré cela, l’inefficacité des matériaux thermoélectriques actuels qui peuvent transformer la chaleur résiduelle en électricité s’est traduite par une utilisation commerciale qui a été limitée. Aujourd’hui, des chercheurs ont mis au point un matériau thermoélectrique qui selon eux, est le meilleur au monde pour convertir la chaleur résiduelle en électricité, ce qui pourrait fournir un moyen pratique de capturer une partie de l’énergie qui est actuellement perdue.

Le nouveau matériau, qui est basé sur du tellurure classique de semi-conducteur, est stable dans l’environnement et est prévu pour convertir 15 à 20 % de la chaleur perdue en l’électricité. L’équipe de recherche, composée de chimistes, spécialistes des matériaux et des ingénieurs mécaniques de la Northwestern University et de la Michigan State University, disent que le matériau présente un facteur de mérite thermoélectrique (ou « ZT ») de 2,2, qui selon eux est le plus élevé enregistré à ce jour.

Plus le ZT du matériau est élevé, plus il est efficace pour convertir la chaleur en électricité. Bien qu’il n’y ait pas de limite théorique supérieure au ZT, aucun des matériaux connus présente un ZT supérieur à 3. Les chercheurs croient qu’avec un ZT de 2,2, ce nouveau matériau est suffisamment efficace pour être utilisé dans des applications pratiques et pourrait ouvrir la voie à l’adoption plus généralisée de la thermoélectricité par l’industrie.

"Notre système est le système thermoélectrique le plus performant pour n’importe quelle température", a déclaré Mercouri G. Kanatzidis, qui a dirigé la recherche. "Le matériel peut convertir la chaleur en électricité avec la plus grande efficacité possible. A ce niveau, il existe des perspectives réalistes pour récupérer la chaleur perdue à haute température et la transformer en énergie utile."


Avec l’énorme potentiel des produits thermoélectriques pour récupérer une partie de l’énergie thermique qui est actuellement perdue, ces derniers ont fait l’objet de beaucoup de recherches qui ont vu des améliorations significatives ces dernières années. Tant et si bien que le robot Curiosity sur Mars se caractérise par des solutions thermoélectriques à base de tellurure de plomb, bien que son système ne dispose que d’un ZT à 1. BMW teste également des systèmes pour récupérer la chaleur dégagée par les systèmes d’échappement et les moteurs à combustion de ses voitures.

En dehors de s’emparer de l’énergie thermique résiduelle émise par le tuyau d’échappement d’un véhicule, le nouveau matériau pourrait être utilisé dans les industries lourdes, y compris la fabrication du verre et des briques, les raffineries et les centrales au charbon et au gaz, ainsi que sur les grands navires et navires-citernes , où de grands moteurs à combustion fonctionnent en continu. De telles applications sont la formule idéale car les températures de récupération de chaleur dans ces domaines peuvent varier de 400 à 600 degrés Celsius, ce qui est le niveau idéal pour une utilisation de la thermoélectricité.

http://www.mccormick.northwestern.edu/n ... rld-record

http://www.infohightech.com/spip.php?article31986

[energy_isere]

l' article de Nature qui a inspiré l' article ci dessus est ici : http://www.nature.com/news/out-of-disor ... ty-1.11445

je reléve :

.............
Kanatzidis and his team began with one of the most well-known thermoelectrics: lead telluride (PbTe), which usually has an ordered lattice structure. The researchers scattered in a few sodium atoms to boost the material's electrical conductivity, then shoved in some nanocrystals of strontium telluride (SrTe), another thermoelectric material. The crystals allowed electrons to pass, but disrupted the flow of heat at short scales, preserving the temperature gradient.

The final step was to stop heat flow over longer scales. To do this, the team created a fractured version of their pretty thermoelectric crystal. The fracturing did the trick: the cracks allowed electrons to move but reflected heat vibrations in the crystal. The material had a conversion efficiency of about 15% — double that of normal PbTe thermoelectrics.
.........

ils partent de Tellure de Plomb, et aprés la recette de cuisine est un peu alambiquée.

ensuite :

That doesn't mean that the material is ready to be used on the next Mars rover, Snyder adds. The sodium introduced to make electrons move is highly reactive, and can degrade the material, particularly if it accumulates along the fractures designed to stop heat flow. NASA has been looking at similar approaches for future space missions, but the agency is not yet convinced that the approach is ready for launch, he says.

Kanatzidis is more optimistic. "I think the materials that we have today are good enough for applications," he says. "My belief is that in about two to three years we will have something."

bon si il est persuadé que dans 2 ou 3 ans on aura ''quelque chose'', ca veut dire qu' il faut en compter 10 pour que ca arrive sur le marché industriel.

[energy_isere]

Un co-générateur thermoélectrique pour pile à combustible

18 Dec 2012 Enerzine

La chaleur rejetée par une pile à combustible peut être valorisée sous forme d’énergie électrique. Dans le cadre du projet HITTEC, des chercheurs de l'Empa développent, au sein d'un partenariat stratégique avec Hexis AG, un convertisseur thermoélectrique visant à accroître l'efficacité des systèmes de pile à combustible, avec pour objectif de produire 10 % d’énergie supplémentaire. ...........

http://www.enerzine.com/603/14990+un-co ... ible+.html

[energy_isere]

Cette histoire de récuperer un peu d' energie de la chaleur des gaz d' échappement par module thermoelectrique ressort.

(il y a eu d' autre post avant la dessus, mais je ne les retrouve pas).

Équipementiers et constructeurs vont bientôt transformer la chaleur des gaz d'échappement en électricité afin de réduire la consommation de votre voiture

Le Point 01 Oct 2013

La méthode privilégiée aujourd'hui par les équipementiers et constructeurs est désormais celle dite de la thermo-électricité, car plus compacte et complémentaire des systèmes de traction hybride. Le principe d'un tel système repose sur l'effet Seebeck, soit la propriété de certains semi-conducteurs de produire de l'électricité lorsqu'ils sont exposés à un fort gradient de température. Concrètement, une extrémité du matériau est mise en contact avec les gaz d'échappement dont la température peut atteindre près de 1 000 °C dans le cas d'un moteur à essence, l'autre avec le liquide de refroidissement du moteur qui reste toujours à moins de 100 °C.

............

Consommation moyenne réduite de 5 %

Des prototypes, développés en partenariat par la société Gentherm, l'équipementier Tenneco, BMW et Ford, ont déjà fait la démonstration de la validité du système. En situation de charge moteur soutenue, comme par exemple à une vitesse stabilisée de 120 km/h, la puissance thermo-électrique développée par les gaz d'échappement peut dépasser 500 W pour un SUV de la taille d'un BMW X3. De quoi presque remplacer totalement l'alternateur, et donc supprimer tout ou partie de sa résistance mécanique. Globalement, l'objectif annoncé du système est une réduction moyenne de consommation de 5 % pour les premières applications, prévues sur de petits utilitaires. Mais cette réduction devrait être plus importante sur route.

Complémentaire d'un système hybride

Comme pour la récupération d'énergie au niveau des amortisseurs, la thermo-électricité se montre donc particulièrement complémentaire d'un système de propulsion hybride. Alors que l'hybridation permet surtout de réduire la consommation en ville en récupérant l'énergie cinétique lors des décélérations, fréquentes dans ce contexte, la production d'électricité à partir de la chaleur des gaz d'échappement est continue, et particulièrement abondante lorsque la vitesse est élevée et soutenue, comme sur autoroute. L'intégration d'un système thermo-électrique dans une chaîne de traction hybride déjà largement électrifiée permettrait donc de grandement améliorer le rendement de ce type de véhicule en utilisation routière. Les premières applications en série sont prévues pour 2016.

http://www.lepoint.fr/auto-addict/innov ... picks=true