La combustion des métaux pour l'énergie zéro-carbone: des principes aux applications

«Le Québec est le leader mondial en énergies vertes et produit la plupart de son électricité à l’aide de barrages hydroélectriques. Entre temps, les secteurs du transport et de production d’énergie dans les régions éloignées dépendent presque entièrement des carburants fossiles. Le Québec a donc besoin de technologies pour produire des carburants durables grâce à son électricité renouvelable. L’hydrogène a longtemps été considéré comme le carburant à faible teneur en carbone idéal, mais sa basse densité d’énergie et les problèmes de sécurité liés à sa production, son transport et son stockage favorisent la recherche d’options alternatives. Notre équipe à l’Université McGill a identifié les métaux, notamment le fer et l’aluminium, comme la solution durable la plus prometteuse, avec des rendements énergétiques comparables à l’hydrogène et un transport et stockage plus sécuritaires et plus simples. La combustion des carburants métalliques produit des oxydes de métaux solides qui peuvent être recyclés durablement pour l’avenir.

Notre équipe mène un effort de recherche mondial axé sur le concept des métaux comme carburants durables zéro-carbone et appuyé par l’Agence spatiale européenne, l’Agence spatiale canadienne et la « U.S. National Science Foundation ». En outre, nous travaillons avec des partenaires industriels au Canada comme Tata Steel, Siemens et Hydro-Québec afin de développer un consortium pour construire un prototype de générateur d’énergie aux carburants métalliques, premier de son genre. Notre équipe est bien préparée pour cette mission, étant la première au monde à stabiliser une flamme turbulente de poudre de fer dans l’air. Cependant, un appareil pratique et non-polluant ne peut être construit sans que nous ayons répondu aux trois questions scientifiques clés:

1) Quels sont les mécanismes de formation des polluants d’oxyde d’azote (NOx) dans les flammes métalliques et peut-on les éliminer grâce à une conception de brûleur avancée?

2) Quel est le taux de combustion d’une flamme turbulente métallique et comment peut-on la stabiliser sur le même brûleur à différents niveaux de puissance?

3) Quel est le taux de transfert de chaleur par rayonnement provenant des oxydes métalliques produits en combustion et comment peut-on optimiser l’efficacité thermique d’un moteur à combustion externe pour la production énergétique?

Un programme de recherche collaborative, appuyé par le Projet de recherche en équipe du FRQNT proposé, permettra de résoudre ces questions à travers des avancées expérimentales et numériques dans ce nouveau domaine. Ce programme bénéficiera de l’expertise complémentaire de l’équipe en matière de combustion des métaux (Frost), de la formation des NOx (Bergthorson) et du transfert de chaleur par rayonnement (Tétreault-Friend).

Le projet proposé apportera des bénéfices au Québec à travers le développement d’une nouvelle technologie de carburant zéro-carbone qui peut desservir de nombreux secteurs importants, jusqu’alors dépourvus de solution à basse teneur en carbone.

Les membres de notre équipe ont déjà offert une formation dynamique et de haute qualité à beaucoup d’anciens étudiants. A un haut niveau technique dans le domaine de l’énergie propre s’ajoutent un entrainement en communication écrite et orale spécialisée, des opportunités de collaboration avec l’industrie et le développement de compétences entrepreneuriales.»