Les combustibles métalliques en poudre ne sont-ils qu’un feu de paille ?

Ce n’est un secret pour personne : les énergies fossiles sont en voie de disparition rapide. À mesure que la technologie progresse, ils disparaissent de plus en plus vite. Bon nombre de nos dépendances actuelles aux combustibles fossiles sont associées à des applications à haute énergie comme les transports. Puisqu’il est peu probable que les transports mondiaux déclinent un jour pour une raison autre que la pénurie de carburant elle-même, il est impératif que nous trouvions quelque chose qui puisse reproduire la haute densité énergétique des combustibles fossiles. Soit cela, soit retourner à la planche à dessin et changer toute la portée du transport mondial.

L’énergie, notamment solaire et éolienne, ne peut pas être créée partout dans le monde. Traditionnellement, l’énergie est créée in situ et expédiée vers d’autres endroits qui en ont besoin. Les solutions proposées pour les vecteurs énergétiques zéro carbone – batteries et hydrogène – ont toutes leurs faiblesses. Les batteries sont une option assez sûre, mais leur densité énergétique est plutôt faible. La densité énergétique de l'hydrogène est plus élevée, mais son inflammabilité le rend dangereusement volatil à stocker et à transporter.

Récemment, un groupe de chercheurs de l'Université McGill au Canada a publié un article explorant l'utilisation de poudres métalliques comme carburant zéro carbone du futur. Bien que les poudres métalliques puissent potentiellement être utilisées comme sources d’énergie primaires, la solution transitoire qu’ils proposent est de les utiliser comme sources secondaires alimentées par des énergies primaires éoliennes et solaires.

L’idée d’utiliser du carburant en poudre comme source d’énergie n’est pas nouvelle. L'un des prototypes de Rudolf Diesel de la fin des années 1800 a fonctionné brièvement avec de la poussière de charbon, une ressource abondante dans les mines de la vallée voisine de la Ruhr. Après avoir fait tourner le moteur pendant moins de dix minutes, il a constaté que de la boue s'était déjà accumulée et a supposé qu'elle provenait des cendres produites lors de la combustion. La poussière de charbon a été testée plus en détail en Allemagne et les résultats ont été en grande partie les mêmes : une accumulation de boue interne et un taux d'usure plus élevé. La recherche sur le charbon a repris aux États-Unis après la Seconde Guerre mondiale et s'est concentrée sur l'utilisation d'une bouillie de charbon à base de diesel. Pourtant, les cendres provoquaient une usure plus rapide des segments de piston.

Au fil des décennies, les fabricants de diesel ont expérimenté l’utilisation de particules de charbon d’introduction de plus en plus petites et ont également essayé de les mélanger avec de l’eau au lieu du diesel. Dans les années 1980, le Département de l’Énergie des États-Unis a lancé un programme de collaboration avec les sociétés diesel sur la question des boues d’eau et de charbon. L’une de ces sociétés, une division de General Electric, avait fait de grands progrès au début des années 1990, mais à ce moment-là, les prix du pétrole étaient en baisse. Le programme du DoE a été supprimé.

L’aluminium et d’autres métaux constituent un choix énergétique alternatif intéressant pour plusieurs raisons. Plus important encore, ils ont une densité énergétique élevée. C'est en partie pourquoi la poudre d'aluminium est utilisée dans les feux d'artifice et les propulseurs de fusées. Le métal peut être utilisé pour fabriquer des anodes de batterie, bien que les batteries métal-air doivent être beaucoup plus grandes pour rivaliser avec les densités de puissance des piles à combustible traditionnelles. De manière plus ingénieuse, les poudres métalliques sont utilisées comme carburants autonomes pour une combustion directe depuis le niveau des infrastructures jusqu'aux moteurs de voitures.

Il y a cependant un problème à utiliser directement des poudres métalliques comme carburant pour les moteurs à combustion interne. Tout comme la poussière et la boue de charbon, la combustion de la poudre d’aluminium et de fer produit des oxydes métalliques solides. Ces oxydes recouvriront le moteur, l’useront plus rapidement et finiront par encrasser les pistons.

L’ironie est que ces oxydes métalliques solides sont la clé du renouvellement. Ils peuvent être collectés et recyclés en carburant en poudre en utilisant les infrastructures existantes alimentées par l’énergie éolienne et solaire. Mais plus ils sont petits, plus ils sont difficiles à collecter. Et en réalité, à moins que le recyclage soit effectué de manière efficace, les poudres métalliques ne constituent pas vraiment un bon substitut au pétrole ou au diesel.

Les moteurs à combustion externe constituent une meilleure application pour le carburant en poudre métallique. Le système de combustion peut effectuer le sale boulot à une distance sûre. Il peut filtrer les oxydes métalliques avec un cyclone et envoyer uniquement de la chaleur propre au moteur. La poudre de fer est encore plus prometteuse que l’aluminium. Il brûle 1 000 degrés Celsius plus froid que l’aluminium et produit des particules d’oxyde plus grosses et faciles à collecter.