Par David Andresen et Phil Layton, PI Énergie
Les combustibles fossiles fournissent environ 80 % de l'énergie primaire totale consommée dans le monde, et ce chiffre n'a pas beaucoup changé au cours des 30 dernières années. PI Énergie a été fondée pour développer une technologie solaire photovoltaïque de nouvelle génération, compétitive et évolutive à l'échelle mondiale, afin de créer une voie pragmatique pour atténuer le changement climatique et passer à une technologie propre.
Il existe de nombreuses sources potentielles d'énergie renouvelable, y compris l'énergie éolienne, solaire, géothermique, houlomotrice, marémotrice, hydroélectrique, biomasse et plus encore, chacune avec des technologies à différents stades de maturité commerciale et de développement. Quel type d'énergie renouvelable a le potentiel de fournir l'essentiel de l'énergie propre dans les décennies à venir ?
Parfois, trop d'options rendent la décision difficile1. Une transition vers une énergie propre est par définition un problème complexe, une tâche qui n'a jamais été accomplie auparavant. Avec autant de choix, comment choisir la bonne technologie pour mener une transition énergétique propre ? Toutes les sources d'énergie renouvelables ne fonctionnent pas bien partout ou tout le temps, certaines technologies n'étant pratiques que dans quelques endroits (par exemple, l'énergie marémotrice en Écosse2), tandis que d'autres sources peuvent bien fonctionner dans de nombreuses régions du monde.
Ces dernières années, de nouvelles découvertes en science du climat3 indiquent que les émissions de gaz à effet de serre amplifient les phénomènes météorologiques extrêmes dans le monde. Alors que les énergies renouvelables et les technologies propres ont fait des progrès, entre 1999 et 2019, la consommation mondiale de combustibles fossiles a en fait augmenté de plus de 32 %, et au cours des deux dernières décennies, les combustibles fossiles fournissent encore environ 80 % de l'énergie primaire totale. Nous sommes encore à l'ère des énergies fossiles.
En octobre 2021, de fortes pluies dans le Shanxi ont provoqué une inondation généralisée de nombreuses mines de charbon en Chine, ce qui a entraîné des pénuries de charbon, ce qui a provoqué un décrochage du panneau solaire4 fabrication, entraînant une flambée des prix mondiaux5. Ce lien ironique entre les combustibles fossiles et les énergies renouvelables actuelles souligne le fait que le charbon et ses cousins fossiles (gaz et pétrole) sont encore relativement bon marché, et que les énergies renouvelables doivent encore devenir beaucoup plus durables et plus compétitives pour vraiment s'étendre à l'échelle mondiale. Toutes les sources d'énergie, y compris les énergies renouvelables actuelles, ont une empreinte carbone qui doit être minimisée. Les choix énergétiques persistent pendant des décennies, de sorte que de mauvais choix peuvent être coûteux et peuvent en fait éliminer notre capacité à réagir adéquatement au changement climatique.
Dans le défi à enjeux élevés de la sélection d'une priorité d'énergie renouvelable et de technologie propre, quels pourraient être les critères de sélection des meilleurs choix d'énergie propre pour atténuer de manière réaliste le changement climatique ? Cette question est au cœur de la crise climatique, une sélection rationnelle doit être pragmatique et inclurait probablement les exigences suivantes pour une transition énergétique propre réussie et mondiale, où les technologies actuelles et en développement devraient être prises en compte si elles ont le potentiel de :
- GES proche de zéro les émissions
- Disponible dans la région autour du monde
- Potentiel énergétique et densité de puissance élevés pour répondre pratiquement à la plupart des demandes
- Fabriqué à partir d'éléments non toxiques abondants dans la terre pour une évolutivité globale
- À prix bas, y compris la fabrication et l'installation pour une évolutivité mondiale
Ces critères axés sur des objectifs devraient identifier les types d'énergies renouvelables qui peuvent être prioritaires, mais cela ne signifie pas que le choix qui en résultera sera le meilleur pour tous, partout dans le monde. Nous allons également supposer que le stockage de l'énergie, qu'il s'agisse de grosses batteries, d'hydrogène ou d'autres solutions évolutives, est en train d'être résolu, de sorte que la variabilité de la production d'électricité est moins problématique. Appliquons la liste de critères à différentes formes d'énergie renouvelable.
Liste initiale des catégories d'énergies renouvelables candidates :
- GES proche de zéro. La source d'énergie doit avoir le potentiel d'avoir une très faible empreinte carbone nette. La biomasse et les biocarburants impliquent la combustion et ont souvent d'importants apports de combustibles fossiles. Les centrales solaires thermiques ont souvent besoin de beaucoup d'eau pour faire fonctionner les turbines dans des endroits arides (empreinte carbone élevée). Les grands barrages hydroélectriques peuvent avoir impacts significatifs, y compris les empreintes carbone, mais la micro-hydro a le potentiel d'être beaucoup plus propre.
2. Disponible régionalement dans le monde entier. Bien que l'hydroélectricité, la géothermie, les vagues et les marées puissent être de bonnes sources d'énergie, elles sont le plus souvent géographiquement limitées. Pour éviter les coûts énormes du transport de l'énergie sur de grandes distances, les sources d'énergie doivent potentiellement approvisionner la plupart des régions du monde.
- Potentiel énergétique et densité de puissance élevés sont nécessaires pour répondre pratiquement à la majeure partie de la demande, ainsi que pour concurrencer de manière réaliste les combustibles fossiles. Le solaire PV a, de loin, le potentiel théorique le plus élevé parmi les sources d'énergie renouvelables (voir le graphique ci-dessous).
Un facteur important et souvent ignoré est la densité de puissance de la zone, une mesure de la superficie qui doit être consacrée à la production d'énergie (kwh par acre ou MWh par km carré ou mile). Les combustibles fossiles sont très denses en énergie et le solaire a les densités de puissance surfaciques les plus élevées parmi les énergies renouvelables, comme le montre le graphique ci-dessous.
Compte tenu des critères appliqués, le solaire PV obtient le score le plus élevé jusqu'à présent :
Si nous considérons le solaire PV comme la priorité potentielle d'une transition énergétique propre, nous devons y regarder de plus près, car le PV se présente sous de nombreux types. Voici les différentes générations de technologies PV :
- PV de première génération (1941-actuel) : il s'agissait de la première technologie PV commerciale. Le PV au silicium cristallin traditionnel domine toujours, avec environ 96 % des ventes de modules solaires dans le monde. Aujourd'hui, c'est la norme fiable, bien qu'elle ait des coûts énergétiques et une empreinte carbone importants pour la fabrication, et qu'elle soit limitée à certains marchés en raison de son poids et de sa rigidité.
- PV de deuxième génération (CdTe et CIGS), commercialisés pour la première fois dans les années 1990 : ce sont des matériaux à couches minces, qui contiennent des éléments rares (indium, gallium, tellure) et dans la plupart des cas également des éléments toxiques (par exemple, le cadmium). L'arséniure de gallium est une cellule solaire PV exotique, qui offre une efficacité supérieure, mais contient également des éléments rares et toxiques, et est d'un coût prohibitif pour la plupart des applications.
- Le PV de troisième génération comprend :
- Pérovskites : actuellement instables et contenant du plomb soluble dans l'eau.
- Points quantiques : sont en phase de développement, contiennent du plomb ou du cadmium, ou n'ont pas été disponibles dans le commerce.
- PV de nouvelle génération : Nouveau PV avec un potentiel de performances bonnes et stables, utilisant des éléments abondants en terre non toxiques. PI Énergie développe un PV solaire exclusif mince et flexible non toxique qui utilise beaucoup moins d'énergie pour produire que le PV solaire de première génération.
4. Fabriqué à partir d'éléments non toxiques abondants dans la terre pour une évolutivité globale.
L'évolutivité mondiale de l'énergie propre exclut l'utilisation et le déploiement importants d'éléments rares et toxiques, ce qui signifie que seuls le silicium c et le PV de quatrième génération répondent à cette exigence.
5. À prix bas. Il s'agit de la dernière étape des critères, et elle inclut la fabrication et l'installation d'énergie renouvelable. Le silicium cristallin est le leader mondial des installations d'énergie renouvelable au cours des dernières années, mais le solaire photovoltaïque ne fournit que moins de 0.4 % de l'énergie mondiale consommée6. En tant que technologie dominante actuelle, le c-Si est limité là où il peut être installé, en raison de sa rigidité et de son poids, ce qui augmente ses coûts d'installation. Les matériaux solaires idéaux, selon MIT, est un module PV léger et flexible, composé d'éléments abondants en terre, de sorte qu'ils peuvent être installés sur de nouvelles applications, y compris la plupart des extérieurs de bâtiments et même véhicules électriques et hybrides.
Alors que le c-Si actuel semble être la meilleure solution d'énergie solaire aujourd'hui, nous devons faire beaucoup mieux pour lutter contre le changement climatique et faire de la technologie et de l'énergie propres un choix de marché, basé sur la compétitivité des coûts et la capacité de déploiement à l'échelle mondiale, afin qu'il puisse être accéléré rapidement. PI Énergie est une technologie photovoltaïque de nouvelle génération actuellement en développement. La société prévoit de fournir une bien meilleure solution photovoltaïque qui s'étend là où l'énergie solaire peut être utilisée en fonction de l'économie et de la fonctionnalité. Pour plus d'informations visitez www.pienergy.com.
Cet article est soutenu par PI Énergie.
1 "Le paradoxe du choix - Pourquoi plus c'est moins", par Barry Schwartz, PhD. 2004. (ISBN 0-06-000568-8)
2« Exploiter la puissance des marées en Écosse », par Steve Hanley – Cleantechnica, 15 novembre 2021
4https://www.bbc.com/news/business-58879481
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