Des centrales électriques fossiles à basses émissions

Répondre à la croissance de la demande mondiale en énergie de manière soutenable est l'un des principaux défis du XXIe siècle. Alors que l'augmentation de l'utilisation des ressources d'énergies renouvelables, comme l'énergie éolienne et l'énergie solaire, constitue un objectif important, ces systèmes ne peuvent pas remplacer complètement la combustion des combustibles fossiles en raison de leur nature variable.

Des scientifiques financés par l'UE travaillant sur le projet Z-ULTRA (Z phase strengthened steels for ultra-supercritical power plants) planifient de le faire en permettant des hautes températures en améliorant les aciers pour qu'ils résistent à la dégradation. Les recherches portent en particulier sur le développement et la qualification d'un nouvel alliage d'acier de chrome à 12 %.

Les aciers avec une teneur en chrome de 9 % permettaient d'augmenter la température de la vapeur due en grande partie en raison des précipitations de particules de nitrure fines. Cependant, augmenter la teneur en chrome à 11-12 % a entraîné la précipitation préjudiciable de la phase Z stable de manière thermodynamique aux frais des particules de nitrure fines souhaitées.

Au lieu de supprimer la croissance des particules de phase Z, les chercheurs de Z-ULTRA prévoient de les exploiter comme agent de renforcement. Pour ce faire, ils doivent identifier des compositions chimiques et des traitements thermiques qui conduisent à leur nucléation contrôlée et à des taux de granulométrie réduits.

L'équipe teste actuellement trois nouvelles compositions d'alliage et de traitements thermiques via une boîte à outils d'expérience à nano-échelle développées dans le cadre du projet. En outre, des analyses informatiques de mécanique quantique (théorie fonctionnelle de la densité) pointent vers des structures optimisées et empilent des séquences d'alliages qui faciliteront la nucléation de la phase Z. Les travaux théoriques sont soutenus par la modélisation thermodynamique et cinétique complétée par des mesures expérimentales.

Les démonstrateurs ont été fabriqués et sont soumis au fluage et à des tests d'oxydation et de corrosion. Les chercheurs prévoient de planifier un acier résistant à la chaleur qui permettra une efficacité thermique des centrales fossiles de plus de 50 %, soit 30 % de plus que la norme actuelle dans la plupart des centrales existantes. Cela réduira les émissions de dioxyde de carbone en conséquence, apportant une contribution intéressante pour la santé de la planète.