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Chaque grande et profonde difficulté porte en elle-même sa propre solution

Nanomatériaux à appliquer dans les énergies renouvelables

Les chercheurs cherchent à tirer parti des différentes propriétés offertes par les matériaux polymères à l’échelle nanométrique, avec une utilisation potentielle dans divers éléments et processus impliquant des énergies renouvelables telles que le stockage, la transformation de l’énergie et la protection des appareils.

Grâce aux chaires Conacyt du CIQA, les spécialistes développent des nanomatériaux pouvant être utilisés dans l’optimisation d’éléments et de processus qui stimulent l’utilisation de technologies durables.

Dans une interview pour l’Agence d’information Conacyt, les scientifiques de l’institution détaillent le potentiel de la technologie nanométrique dans les énergies renouvelables, les projets qu’ils génèrent actuellement au CIQA et l’avenir de ces recherches qui cherchent à contribuer à un développement plus durable pour le bénéfice de tous.

Grand potentiel au niveau nanométrique
Un nanomatériau est un matériau à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire la milliardième partie d’un mètre. Ces matériaux permettent — à un certain moment et en certaines circonstances-de maximiser les caractéristiques ou propriétés qu’un ou plusieurs éléments peuvent présenter.

« Les nanomatériaux sont étudiés depuis environ 10 ans, cherchant précisément à améliorer les propriétés des matériaux en général; nous avons également envisagé des matériaux avancés qui ont ou sont analysés à l’échelle nanométrique (…) Pour utiliser les nanomatériaux comme système pour augmenter les propriétés qu’un matériau peut avoir à l’échelle macroscopique”, a déclaré le Dr José Manuel Mata Padilla, Professeur au Conacyt rattaché au Département des processus de transformation du CIQA.

Selon les spécialistes du CIQA, les applications des nanomatériaux dans les énergies renouvelables sont diverses dans des aspects tels que les composants de dispositifs de transformation de l’énergie, la protection des systèmes, le stockage de l’énergie, entre autres.

“La plupart des applications sont davantage axées à la fois sur la transformation et la partie protection de ces systèmes (…) Dans de nombreux cas, des matériaux nanométriques ou des particules sont utilisés qui permettent précisément cette transformation de l’énergie

Dans le cadre du programme de chaires Conacyt, dans le cadre d’un projet ouvert, les scientifiques utilisent des nanomatériaux polymères ou des polymères nanocomposites dans la transformation de l’énergie et dans la protection des systèmes de transformation des énergies renouvelables.

“La chaire nous permet, dans une certaine mesure, de pouvoir développer ces nouveaux matériaux qui peuvent être directement appliqués dans presque tous les types d’énergies renouvelables, bien que nous nous concentrions sur trois qui sont l’énergie océanique, le solaire thermique et l’éolien”.

Les chercheurs ont précisé que l’accent est actuellement mis sur ces types d’énergies renouvelables, car il existe une plus grande possibilité que les nanomatériaux générés dans l’institution aient un impact positif sur ce type d’énergies durables, en accord avec les études existantes dans la littérature et d’autres analyses développées par les scientifiques. Bien qu’il puisse y avoir un impact sur d’autres types d’énergies renouvelables, les conditions et les caractéristiques des systèmes de transformation réduisent considérablement les possibilités.

“Le projet consiste essentiellement à développer des matériaux pour des applications énergétiques durables. Il peut s’agir d’énergie électrique ou thermique, capter l’énergie solaire et la transformer en thermique. Principalement pour générer des options dans la capture ou la transformation de l’énergie et surtout pour réduire la consommation de combustibles fossiles », a déclaré le Dr Juan Guillermo Martínez Colunga, chercheur au Département de transformation des plastiques du CIQA.

Projets durables
À l’heure actuelle, les scientifiques du CIQA travaillent sur divers aspects spécifiques liés au stockage de l’énergie de transformation et à la protection des systèmes de transformation.

“Dans de nombreuses énergies renouvelables, nous pouvons parler de la partie transformation des énergies renouvelables, telles que l’énergie solaire, éolienne ou océanique. Un dispositif est généré, ce dispositif peut avoir la possibilité de transformer ces énergies de la meilleure façon possible, au cours du processus de transformation, différents composants de ce dispositif sont nécessaires avec des caractéristiques spécifiques en fonction des besoins”, a déclaré Mata Padilla.

Le médecin a cité à titre d’exemple le cas de dispositifs qui transforment l’énergie solaire en énergie thermique et, dans de nombreux cas, nécessitent un bon stockage d’énergie ou une conduction thermique optimale, comme cela se produit dans les systèmes de collecte d’énergie solaire qui nécessitent que le rayonnement infrarouge soit absorbé directement à la surface du collecteur et peut être transféré directement pour une transformation ultérieure. Avec ce projet, les chercheurs cherchent à améliorer ce processus et d’autres grâce à l’application de nanomatériaux polymères.

“L’autre (partie application) concerne, par exemple, la protection des systèmes océaniques soumis à des milieux hautement corrosifs, et l’une des façons de les protéger consiste à utiliser des revêtements. Les peintures avec revêtements ont la caractéristique de pouvoir protéger contre la corrosion de nombreux matériaux à partir desquels les dispositifs sont directement construits.”

Les scientifiques ont ajouté que, afin d’obtenir une meilleure protection de ces systèmes, ils cherchent à augmenter la propriété d’inhibition de la corrosion des dispositifs en ajoutant des particules de la taille d’un nanomètre qui augmentent considérablement l’inhibition de la corrosion et la durée de cette caractéristique.

Jusqu’à présent, au préalable, les spécialistes de CIQA ont des résultats prometteurs; cependant, ils insistent sur le fait qu’il reste encore des tests à effectuer.

« En ce qui concerne les résultats, dans la partie collecteurs, des systèmes de collecte et des tubes avec des « ailettes » ont été développés qui nous permettent de collecter la lumière du soleil à un certain moment, et d’autres collègues se sont concentrés sur cela. Dans la première partie, presque tout ce qui a été fait maintenant est avec des étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs; des revêtements aux propriétés suffisamment élevées pour réduire considérablement la corrosion ont été obtenus, en travaillant avec des revêtements et en incorporant des nanoparticules de graphène, du nitrure de bore et de l’oxyde de titane, les deux derniers avec les meilleurs résultats”, a précisé Mata Padilla.

En ce qui concerne les revêtements, les spécialistes ont précisé qu’il manque de preuves pour déterminer l’évaluation exacte du pourcentage de protection qui augmente avec l’incorporation de nanoparticules.

“Nous n’en sommes qu’au niveau du laboratoire. (Pour la mise à l’échelle), nous devons d’abord obtenir des matériaux suffisamment efficaces pour pouvoir produire les quantités d’énergie nécessaires », a précisé le Dr Martínez Colunga.

En ce qui concerne le potentiel de transfert de technologie et de liaison, les chercheurs ont déclaré qu’ils étaient ouverts à une collaboration avec le secteur industriel; ils ont déjà travaillé avec une entreprise de capteurs solaires en plastique concernant le développement de nanomatériaux pour la transformation et le stockage de l’énergie. En ce qui concerne la question de la protection des systèmes de transformation de l’énergie, ils chercheront des approches avec des entreprises spécialisées dans les peintures et se développeront vers d’autres types d’applications telles que les navires et la corrosion par encrassement biologique.

“Au Mexique, des travaux sont actuellement en cours sur le développement de matériaux qui aident à générer de l’énergie, et ici au Mexique, vous pouvez faire ce type de recherche, il n’est pas nécessaire d’aller à l’étranger. Il y a des gens ici qui sont suffisamment formés pour pouvoir mener des recherches de ce type”, a souligné le Dr Martínez Colunga.

En ce qui concerne l’avenir des projets, les scientifiques ont indiqué qu’ils continueraient à travailler sur ces axes de recherche et sur le renforcement des aspects où ils ont obtenu des résultats plus tangibles.

“Dans la partie solaire thermique, l’idée est de voir la possibilité de développer des matériaux thermoélectriques pouvant être utilisés pour des générateurs thermoélectriques. L’idée est que ces matériaux nous permettent de transformer l’énergie solaire, ou même l’énergie perdue des voitures, en énergie électrique et de pouvoir l’utiliser dans les voitures elles-mêmes, dans des bâtiments ou dans des systèmes communautaires isolés, où la production d’électricité n’est pas si simple et nous pouvons utiliser un générateur avec ces caractéristiques”, a visualisé le spécialiste Mata Padilla.

Il a ajouté qu’ils continueront également à travailler sur l’amélioration des systèmes de stockage thermique, grâce à des matériaux organiques et nanostructurés à changement de phase avec différents types de nanoparticules thermoconductrices.

“Nous continuerons avec la partie des revêtements anticorrosion et anti-végétatifs, mais en essayant de les développer comme des revêtements intelligents, des revêtements auto-réparateurs, des revêtements à conduction électrique, qui diminuent le processus de corrosion à un certain moment, et des revêtements superhydrophobes qui ne sont pas seulement axés sur la partie océanique, mais sur d’autres types d’applications dans les énergies renouvelables. Par exemple, pour les miroirs solaires utilisés dans les systèmes héliostatiques, où la surface doit être autonettoyante », a souligné le chercheur.

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