Un système de stockage d’énergie innovant

Une start-up allemande crée un système unique pour exploiter les rejets thermiques de l'industrie et stocker les énergies renouvelables

Jacqui Griffiths
14 March 2022

7 minutes

La transition mondiale vers les énergies renouvelables pose un défi majeur : stocker l'énergie solaire et éolienne excédentaire pour une utilisation ultérieure. Les industries à haute intensité énergétique ont quant à elles un autre défi à relever : gérer l'excédent de chaleur qu'elles dégagent. Pour Martin Schichtel, PDG de Kraftblock et chimiste de formation, son entreprise allemande a la solution avec son système de stockage thermique.

La chimie, le béton, la curiosité et une passion pour le développement durable ont poussé Martin Schichtel à mettre au point un système révolutionnaire de stockage de l'énergie thermique.

Martin Schichtel, PDG de Kraftblock

« J'ai étudié la chimie à l'université il y a des années, en me spécialisant dans les nanotechnologies, avant d'occuper plusieurs postes dans différentes secteurs, notamment l'acier et la céramique, très gourmands en énergie », explique-t-il. « Puis, en 2008, j'ai vu un reportage à la télévision sur le stockage de la chaleur 'à haute température' dans du béton. Le béton est bon marché, facilement disponible et on peut lui donner n'importe quelle forme. Je savais que le béton pouvait stocker des matériaux jusqu'à 500 °C maximum, mais les industries dans lesquelles j'avais travaillé parlaient plutôt de températures de 1 000 à 1 500 °C. Je me suis donc rapproché des développeurs pour trouver comment optimiser le béton afin qu'il puisse supporter une plus large plage de températures. »

Après s'être lancé ce défi et avoir mené ses travaux sur les utilisations potentielles du béton, Martin Schichtel a abouti à la mise au point d'un système énergétique durable révolutionnaire. En 2014, il fondait Kraftblock avec l'économiste experte Susanne König, aujourd'hui directrice financière de l'entreprise. Sa mission : concevoir et fabriquer des systèmes d'énergie durables et performants pour aider différents secteurs, dont les industries à haute température et de production d'électricité, à réduire leurs émissions de carbone.

« Notre objectif ultime est que le monde repose à l'avenir sur des énergies entièrement durables », avance Martin Schichtel. « Notre équipe et nos investisseurs sont fermement convaincus que les systèmes de stockage joueront un rôle majeur dans la réalisation de cet objectif. »

RÉDUIRE SON EMPREINTE CARBONE, UN ENGAGEMENT FORT

L'histoire de Kraftblock commence par la mise au point de sa technologie de base : un matériau qui associe la conductivité thermique et les capacités nécessaires pour capturer et réutiliser l'énergie thermique pour les industries à haute température.

« Dans le monde entier, une quantité énorme d'énergie est gaspillée sous forme de chaleur », rappelle Martin Schichtel. « Les industries comme la céramique ou l'acier nécessitent des températures extrêmement élevées. Chaque four, fourneau ou processus thermique rejette de la chaleur, qui se disperse en général directement dans l'atmosphère. En stockant et en réutilisant cette chaleur, on en fait une source d'énergie neutre pour le climat. »

« Notre objectif ultime est que le monde repose à l'avenir sur des énergies entièrement durables. Notre équipe et nos investisseurs sont fermement convaincus que les systèmes de stockage joueront un rôle majeur dans la réalisation de cet objectif. »

Les technologies de stockage existantes n'avaient pas la densité énergétique ni les capacités nécessaires pour supporter les températures élevées recherchées par ces industries. C'est là que Martin Schichtel et son équipe sont entrés en jeu.

« L'écosystème de chaleur résiduelle industrielle de Kraftblock a été spécialement conçu pour récupérer l'énergie, en capturant les rejets de chaleur et de gaz avant qu'ils ne soient libérés et en les recyclant pour les utiliser dans divers scénarios », explique Martin Schichtel. « La chaleur peut être recyclée en interne, par exemple pour préchauffer un four, générer de la vapeur ou encore produire de l'électricité. Comme notre système de stockage est modulaire et portable, il est également possible de transporter la chaleur emmagasinée pour que des tiers externes puissent l'utiliser. Dans les deux cas, les entreprises font des économies d'énergie primaire et génèrent moins de CO2. »

Pour créer le matériau, il n'est pas nécessaire d'atteindre des températures élevées, si bien que le développement durable fait partie intégrante des produits de Kraftblock.

Ce schéma d'un jumeau virtuel montre le flux d'électricité d'un panneau solaire vers le système de stockage Kraftblock, où il est capturé sous forme de chaleur. Le système rejette ainsi uniquement de l'air frais dans l'atmosphère. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Kraftblock)

« Pour nous, le développement durable a différentes facettes », précise Martin Schichtel. « D'un côté, nous cherchons à savoir comment nos clients utiliseront notre système pour devenir plus durables à l'avenir. De l'autre, nous voulons rendre notre système énergétique plus efficace et plus durable. Notre solution intègre de nombreux matériaux recyclés, et sa fabrication utilise moins d'énergie que des produits concurrents sur le marché, car nous la produisons à température ambiante, avec des processus simples. »

UTILISER LES ÉNERGIES RENOUVELABLES DANS LES TECHNOLOGIES EXISTANTES

À long terme, Martin Schichtel et son équipe souhaiteraient que Kraftblock permette l'utilisation d'énergies totalement renouvelables, un scénario dans lequel l'entreprise stockerait et distribuerait l'énergie excédentaire produite par de grands parcs éoliens et solaires. Aujourd'hui, Kraftblock est « en bonne voie dans cette transition » vers un monde de partage de l'énergie. Baptisée REET (Renewable Energies in Existing Technologies) par l'entreprise, cette stratégie permet aux clients de créer un écosystème de stockage d'énergie verte à partir de leurs infrastructures existantes.

Martin Schichtel plante le décor : « Imaginez une entreprise agroalimentaire qui utilise des chaudières à gaz pour produire de la vapeur. Si elle veut réduire ses émissions de carbone, elle doit remplacer le gaz de ces chaudières par de l'énergie verte. Une pompe à chaleur ne peut pas fournir suffisamment d'énergie thermique pour produire de la vapeur. C'est possible avec un système d'électrothermie comme un parc éolien, mais pas toujours au moment où l'entreprise en a besoin. La création d'un système de stockage permet donc à l'entreprise de transformer l'électricité verte en chaleur, et le stockage devient une station tampon et de distribution de la chaleur renouvelable dans les usines de l'entreprise. C'est ce système que nous sommes en train de créer pour un client, afin de stocker de l'électricité verte et d'en fournir 24h/24, 7j/7. Avec REET, il suffit au client de remplacer sa chaudière à gaz pour continuer d'utiliser tout le reste de son infrastructure. »

La technologie de stockage de Kraftblock fait partie intégrante de cet objectif d'énergie verte, combinée à diverses solutions pour récupérer l'énergie, la stocker et la distribuer en utilisant l'infrastructure de chaque client. « Nous avons conçu différentes unités de stockage pour que nos clients aient un maximum de liberté », souligne Martin Schichtel. L'entreprise peut accumuler de l'énergie dans une unité tout en déchargeant une autre – afin d'assurer un fonctionnement continu 24h/24, 7j/7 – ou bien réunir deux modules pour obtenir des performances supérieures en cas de besoin. »

SOUTENIR UNE SOLUTION D'AVENIR

Le jumeau virtuel s'inscrit au cœur du processus de création de Kraftblock.

« Chaque entreprise a ses exigences, propres à chaque site, en matière de charge et de décharge de l'unité de stockage », explique Martin Schichtel. « Pour chaque projet, nous devons donc concevoir un ensemble complexe et unique de dispositifs de charge, qui répondent aux besoins du client et peuvent être reliés dans un système modulaire. L'utilisation d'une plate-forme d'expérience professionnelle nous permet de combiner les différents aspects du développement produit, de la simulation des contraintes thermiques et mécaniques à la construction d'un jumeau virtuel de l'ensemble du système. Le jumeau virtuel nous permet également de montrer différents scénarios aux clients intéressés ou aux partenaires potentiels dans une application plus ou moins animée, afin d'identifier d'éventuels problèmes et les solutions correspondantes. »

Ce schéma d'un jumeau virtuel montre le flux de chaleur stockée qui revient à l'entreprise industrielle qui l'a générée, afin qu'elle soit réutilisée via ses processus. La chaleur peut aussi bien être convertie en électricité pour alimenter le réseau électrique ou être utilisée pour faire fonctionner les machines au sein de l'usine. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Kraftblock)

La création d'un jumeau virtuel avant la construction physique du système a été un avantage non négligeable pour l'entreprise et son client pilote.

« Nous effectuons de nombreuses simulations du système et des processus, avec notamment des prédictions sur leur fonctionnement », explique Martin Schichtel. « Notre solution doit faire preuve d'une efficacité redoutable afin de convertir l'énergie en chaleur, car une simple perte d'efficacité de 1 % coûterait cher à nos clients et nuirait à leurs objectifs de développement durable. La création d'un jumeau virtuel nous a non seulement permis d'optimiser l'efficacité de la création de l'ensemble du système, mais aussi d'expliquer et de démontrer facilement les problèmes d'efficacité que rencontraient nos clients afin de leur proposer les différentes pistes d'amélioration possibles. »

« L'utilisation d'une plate-forme d'expérience professionnelle nous permet de combiner les différents aspects du développement produit, de la simulation des contraintes thermiques et mécaniques à la construction d'un jumeau virtuel de l'ensemble du système. »

« Cette plate-forme a joué un rôle essentiel dans notre argumentaire pour convaincre nos clients que tout allait fonctionner comme prévu par les différents scénarios. Les jumeaux virtuels du système énergétique en fonctionnement facilitent également la maintenance prédictive et la création d'une solution de contrôle basée sur l'intelligence artificielle. »

L'énergie durable pour tous dont rêve Kraftblock est peut-être un rêve qui paraît encore lointain, mais Martin Schichtel y voit déjà des opportunités concrètes aujourd'hui.

« Les marchés de la production et du stockage des énergies renouvelables se développent rapidement. Dans les pays industrialisés, plus de 50 % de la demande totale d'énergie (industrie et logements privés confondus) est destinée à la chaleur, et les technologies qui la fournissent doivent toujours avoir une longueur d'avance. Par conséquent, la demande en systèmes REET ne cesse d'augmenter. Il est essentiel de pouvoir suivre l'évolution du marché par le biais de canaux comme les médias sociaux pour nous y adapter par la suite grâce aux jumeaux virtuels. »

Note du rédacteur : Le 3DEXPERIENCE Lab soutient Kraftblock par l'intermédiaire de son incubateur partenaire, le Industrial Future Hub, sous l'égide de la Deutsche Messe Technology Academy.

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