Le blog Energie

La guerre du 18650 concrétise les progrès techniques japonais dans les batteries Li-Ion

Par Raymond Bonnaterrele 21 juillet 2011 | (0) Commentaires | Permalink

  L'industrie japonaise des composants pour produits grand-publics ou professionnels que sont les batteries de quelques Watts ou dizaines de Watts applique depuis des décennies toujours la même recette pour conserver son leadership mondial sur le segment haut de gamme aux prix rémunérateurs: le progrès technologique. Cette lutte fratricide entre les grands industriels du secteur (Panasonic-Sanyo, Sony, Toshiba, etc.) a créé dans les faits un formidable cluster japonais des batteries au travers d'un vaste réseau de sous-traitants, où se réalise l'essentiel des progrès dans les divers ingrédients ou composants qui entrent dans ces produits.

  L'annonce de Sony d'un nouvel accumulateur 18650 de la famille Nexelion de 3,5 Ah de capacité illustre ce propos. D'après le Nikkei, toujours bien informé, ce produit largement amélioré par rapport à la première génération sortie en 2005 sur un produit 4/5AA pour camcorder, intègre les innovations suivantes:

- une électrode négative à base d'étain, cobalt, carbone de très forte capacité volumique mais dimensionnellement stable en cyclage malgré la "respiration" de l'étain lors de l'insertion d'atomes de lithium en son sein,

-une électrode positive à base de LiCoO2 revêtue d'un coating en surface pour pouvoir charger l'ensemble à 4,3V au lieu de 4,2V classiquement. Cette accroissement de la tension de charge améliore le rendement massique de la matière électroactive d'au moins 10%.

-un séparateur céramique-polyoléfine microporeux qui assure une meilleure sécurité en cas d'échauffement intempestif de l'accumulateur.

L'assemblage par spiralage de ces composants complexes conduit à un produit très dense (d= 3,2) présentant une énergie volumique de 723 Wh/litre affirme le constructeur.

Il est intéressant de comparer ces performances à celles pronostiquées en Décembre 2009 par Panasonic pour ses futurs éléments 18650 à base de LiNiO2 et d'anodes au Carbone puis au Silicium (TAB.).

 Le produit Nexelion a une année d'avance sur le produit Panasonic annoncé pour 2012. Il faut donc s'attendre à une accélération de la part de Panasonic dans le développement et l'industrialisation de son futur produit de 4 Ah à anode de Silicium initialement prévu pour 2013.

LIRE sur le 18650 Nexelion.

Le 21 Juillet 2011

Stockage d'énergie: la prévision est un art qui demande de fréquentes et cruelles mises à jour

Par Raymond Bonnaterrele 19 juillet 2011 | (2) Commentaires | Permalink

 Les récents évènements post-Fukushima, la vogue à géométrie variable pour les énergies renouvelables intermittentes, la demande croissante en énergie électrique provenant d'immenses zones urbaines de plus en plus peuplées et accédant au confort moderne, la demande croissante d'aluminium, le développement rapide des unités de dessalement d'eau de mer, l'arrivée des véhicules électriques, l'opposition des populations européennes à la mise en place de nouvelles lignes électriques aériennes, la lourdeur des investissements à réaliser aux États-Unis...tous ces facteurs concourent à penser que de nombreux réseaux électriques dans le monde vont être de plus en plus surchargés et les puissances de génération disponibles de plus en plus sollicitées avec un accroissement prévisible des délestages intempestifs plus ou moins programmés. Le Japon souffre d'un manque de puissance électrique, l'Europe de l'Ouest risque sérieusement de connaître la pénurie cet hiver s'il s'avère être rude, les réseaux américains souffrent d'instabilité chronique tant les achemineurs de puissance électrique ont modéré leurs investissements avec la crise. Il ressort de tout cela une certitude: le marché du stockage d'énergie électrique qu'il soit centralisé dans de larges unités ou délocalisé dans des UPS (Uninterruptible Power Supply) domestiques va connaître une superbe croissance.

C'est un immense marché très diversifié qui va du pompage hydraulique en montagne au petit UPS de secours d'un ordinateur en passant par le secours électrique dans les hôpitaux où dans le balisage public pour prévenir l'asphyxie régulière des centres urbains. Réaliser des prévisions sur tout ces marchés complexes relève beaucoup de l'exercice divinatoire. Pike Research s'adonne annuellement à cet exercice périlleux. Il prévoit le Chiffre d'Affaire cumulé sur les 10 ans à venir par les industriels concernés. Il est intéressant à un an seulement d'intervalle de mettre en évidence les voltes-faces opérées par ce consultant (FIG.) et de relativiser ainsi ce qui peut être raconté sur le sujet.

 La prévision 2010 (graphique du bas) prévoyait une immense et inattendue progression du stockage par compression d'air (CAES) c'était apparemment une bêtise puisqu'elle passe de plus de 20 milliards de dollars en 2010 à quelque chose autour des deux milliards en 2011. L'autre grand changement provient du rôle des batteries Sodium-Soufre qui était complètement sous-estimé en 2010 et qui apparaît fort logiquement de façon significative en 2011. L'ensemble du business affirme Pike devrait dépasser les 22 milliards de dollars alors qu'il annonçait 35 milliards un an plus tôt.

  Je n'attache que bien peu de crédibilité aux prévisions sur les stockages de solutions (Advanced Flow Batteries) qui utilisent la plupart des métaux de transition onéreux. Par contre le développement des batteries au Lithium pour de courtes autonomies ou dans les ensembles domestiques seront beaucoup plus importantes que prévu.

  Citons par exemple l'annonce récente de Toshiba qui présente une UPS de 1,6 kWh pour usage commercial (FIG.), capable de fournir en heures de pointes 400W pendant trois heures grâce à une batterie d'accumulateurs de type SCiB de 20 Ah, 80V (16 éléments). Toshiba annonce une durée de vie de 4000 cycles, soient dix ans de durée de vie à raison d'un cycle par jour. La pénurie d'électricité au Japon va favoriser l'émergence et la démocratisation de nombreux dispositifs de stockage décentralisés de ce genre.

Consulter de Pike Research et celle .

Le 19 JUiillet 2011

La forte croissance du dessalement des eaux de mer va participer à la consommation mondiale d'électricité

Par Raymond Bonnaterrele 15 juillet 2011 | (4) Commentaires | Permalink

 L'électricité est la forme élaborée d'énergie qui va s'imposer au cours d'un XXIème siècle de plus en plus urbanisé, dépendant de systèmes à fort rendements énergétiques comme les pompes à chaleur et asservi aux énergies renouvelables intermittentes. Dans les transports, les trains à grande vitesse se substitueront aux avions et autres ferries, les véhicules à traction électrique, le développement de l'industrie de l'Aluminium (métal léger et donc écologique, malheureusement de moins en moins produit dans une Europe qui n'a rien compris au match qui se joue) seront des évolutions qui vont accentuer encore et encore les consommations d'électricité. Mais je voudrais évoquer ici, pour agrémenter le tableau, une application encore marginale mais en très forte croissance qui participera de plus en plus à cet engouement pour l'énergie électrique: le dessalement de l'eau de mer et autres eaux saumâtres.

 Le Fraunhofer estime qu'en 2011 la demande mondiale d'eau va s'élever à 4400 milliards de m3 et que le potentiel de dessalement des eaux de mers et autres eaux saumâtres installé dans le monde va atteindre en 2011 les 77 millions de m3 par jour soit un flux de production potentielle en fin d'année autour des 28 milliards de m3 par an. Important au Moyen-Orient, aux États-Unis, en Espagne, le dessalement des eaux est donc encore tout à fait marginal dans l'approvisionnement global mais sa croissance annuelle dépasse les 10%. Il faut donc prévoir un doublement des capacités installées environ d'ici à 6 ans. Dans ce cadre le Fraunhofer pronostique une capacité de dessalement autour des 130 millions de m3 par jour dès 2016 (48 milliards de m3 par an). Ceci correspondra alors à 1% environ de l'approvisionnement en eau des populations mondiales.

  L'autre paramètre à prendre en compte est la nouvelle suprématie des techniques électriques de séparation sur les technologies thermiques classiques reposant sur l'évaporation et la condensation de l'eau. L'osmose inverse utilisant la compression de l'eau au travers d'une membrane est le procédé industriel le plus répandu aujourd'hui et les industriels comme Siemens (FIG.) travaillent activement sur l'électrodialyse qui repose sur la migration des ions au travers de membranes lors du passage du courant dans l'électrolyte naturel que constitue l'eau salée. Ces technologies "électriques" représentaient 64% de l'ensemble des unités installées en 2008, elles en représenteront 68% à fin 2011 et autour de 79% en 2016.

 L'intérêt des techniques électriques réside dans le fait qu'elles évitent la combustion de fuel lourds ou de gaz au sein de gigantesques installations en charge d'évaporer et de condenser de l'eau. De plus les progrès réalisés dans les membranes sélectives abaissent de plus en plus l'énergie nécessaire à l'extraction des ions (Voir la remarque en fin de papier). Alors que l'osmose inverse consomme selon Siemens entre 3,4 et 4,8 kWh d'électricité par m3, l'électrodialyse devrait permettre de diviser par deux ces consommations d'énergie.

Compte tenu de ces hypothèses:

-de croissance forte du potentiel de dessalement de l'eau dans les années à venir,

- de la suprématie des techniques électriques: osmose inverse et électrodialyse,

- de la baisse continue des consommations d'énergie vers 2kWh par m3 d'eau

il apparaît que la consommation d'électricité dans le dessalement va poursuivre sa croissance et passer d'une consommation annuelle autour des 60 TWh en 2008 à une énergie autour des 170 TWh en 2020 (FIG.). Par la suite chaque milliard de m3 d'eau consommée de plus, demandera dans les deux TWh d'électricité pour le produire. Il faut ramener ces consommations aux trente mille TWh d'électricité qui seront environ produits annuellement en 2020 dans le monde.

Remarque: Siemens après des tests conduits sur un pilote de dessalement de 50 m3/jour depuis Décembre 2010, annonce vouloir installer une unité pilote industrielle d'électrodialyse en 2013 à Singapour. Cette unité sera équipée de trois unités d'électrodialyse en série permettant de traiter des eaux très salées et de trois unités d'électrodéionisation en parallèles.

  Pour enlever par électrodialyse les sels contenus dans une eau de mer à 35 grammes de sels par litre il faut faire passer avec un rendement supposé de 100% et en tenant compte des concentrations et des charges des divers ions une quantité d'électricité autour de 0,6 Faraday soient 16,1 Ah. Pour estimer l'énergie nécessaire à cette opération de désolvatation des ions et de transfert au travers de membranes il faut connaître la tension Delta V, pour une densité de courant donnée, entre les deux compartiments riches en sel encadrant une des paires de membranes d'un réacteur. Pour un Delta V autour des 100 mV l'énergie de désolvatation et de transfert des ions est de 16,1 x 0.10 = 1,6 Wh par litre. Il faudra pour le bilan complet tenir compte la tension d'électrolyse aux deux extrémités du réacteur ramené au nombre N de paires de membranes. Par exemple pour n=50 et une tension totale de 7 Volts la tension moyenne par cellule est de 7/50 = 140 mV. Dans ce cas pour un rendement supposé à 100% l'énergie nécessaire sera de 16,1 x 0.14 = 2,3 Wh/litre. On le voit, la qualité des membranes et la pureté de l'eau floculée et ultra-filtrée permettant d'éviter le "fouling" des membranes entrant dans la cellule sont les points clés d'une électrodialyse économe en énergie.

LIRE le sur le sujet.

CONSULTER une .

Le 15 Juillet 2011

BHP-Billiton: une poignée de milliards de dollars pour des gaz de schistes

Par Raymond Bonnaterrele 15 juillet 2011 | (0) Commentaires | Permalink

 Les gaz de schistes nous explique un docte journaliste du New York Times, journal qui s'illustre par des papiers d'une objectivité parfois douteuse, ne seraient qu'un énorme bluff...du vent. Ceci ne semble pas être tout à fait l'avis de certains grands groupes de l'énergie comme BHP-Billiton qui après avoir acheté au mois de Mars dernier à Chesapeake pour 4.75 milliards de dollars, un accès aux gaz de schistes du gisement de Fayetteville dans l'Arkansas, vient de faire rebelote en mettant au pot 12,1 milliards pour s'offrir un jeune premier doué du secteur, Petrohawk, qui possède un million d'acres (400 mille ha) de concessions dans l'Arkansas (Heynesville Shale) et surtout dans le sud du Texas (Eagle Ford area).

 Ces achats importants qui succèdent à ceux d'Exxon qui a absorbé XTO pour près de 35 mrds$, et aux diverses emplettes de quelques milliards de dollars de BP, Statoil et Total pour des participations dans les gaz de schistes américains de Chesapeake, montrent combien stratégiquement les grands Groupes de l'énergie veulent être associés à la montée en puissance du gaz naturel dans le mix énergétique américain.

 En raison de cours du gaz naturel actuellement très bas aux États-Unis (FIG.) entre 4 et 5$ le MMBTU alors qu'ils sont 2,5 fois plus élevés en Europe, ces opérations ne semblent pas aujourd'hui dégager de larges profits. Cependant, il ne faut d'une part pas négliger la ressource financière que constituent les liquides associés à ces gaz et il est opportun d'autre part de prendre en compte sur le moyen-terme l'inexorable montée des cours de l'énergie. Rien n'affirme que les cours du gaz naturel US vont continuer à se traîner sous les 5 dollars le MMBTU alors que les cours du pétrole vont se valoriser.

Remarque: les prix avaient frisé les 14 dollars à l'été 2008 alors que l'Amérique n'a jamais manqué d'un seul BTU de gaz...il est tout de même des moments où les Marchés ne traduisent plus du-tout les "fondamentaux". Le retour de bâton qui s'en suivit le démontre.

Remarque: Total qui vend du gaz naturel un peu partout dans le monde de ses ventes au cours du T2 de 6,60 $/MMBTU contre 6,19 $ au trimestre précédent et 4,82 $/MMBTU il y a un an. Il y a là une tendance nette à la hausse des prix de cette ressource.

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Le 15 Juillet 2011

Japon: recherches pour rendre opérationnels des aimants SmFeN de hautes performances

Par Raymond Bonnaterrele 13 juillet 2011 | (2) Commentaires | Permalink

  Le Japon veut absolument dénouer sa dépendance vis à vis des terres-rares chinoises les plus convoitées. Parmi celles-ci figure le Dysprosium utilisé dans les aimants Néodyme Fer Bore pour améliorer leurs performances. Ce métal est le talon d’Achille de cette technologie, unique solution à ce jour pour réaliser les aimants de hautes performances nécessaires aux moteurs de véhicules électriques ou aux génératrices d'éoliennes. La Chine est pratiquement aujourd'hui le seul producteur de Dysprosium dans le monde et elle l'exporte avec parcimonie.

 Le Japon dispose des trois types d'actions classiques pour résoudre un problème de disponibilité de cette ressource stratégique:

- trouver d'autres approvisionnements autres que chinois, il s'y emploie activement;

- recycler les aimants permanents pour récupérer les terres-rares, les procédés existent mais la ressource est rare;

-trouver des produits de substitution.

 C'est sur ce troisième type d'action radical que travaille l'AIST japonais en essayant de définir les conditions de frittage à basse température de la poudre de Sm₂Fe₁₇N₃ produite par Daido Steel. En effet au dessus d'une température de frittage de 500°C la poudre perd ses propriétés d'aimantation.

 Pour résoudre ce problème de diffusion des couches de surfaces des grains qui assurent le frittage, l'AIST semble avoir résolu le problème en appliquant à la fois de très fortes pressions et des courants pulsés qui échauffent la matière à l'interface de contact entre grains, sans dégrader les propriétés d'aimantation à cœur. Cette technologie de frittage flash qui porte les grains vers les 400°C seulement, permet de rapprocher les performances des aimants ainsi obtenus de celles des produits standards les plus performants du moment (FIG., deux aimants de 15mm de diamètres et de 6 mm d'épaisseur soulèvent 30 billes d'acier de 4g).

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Le 13 Juillet 2011

Japon: des centaines de kWh de batteries en conteneur mobile

Par Raymond Bonnaterrele 13 juillet 2011 | (2) Commentaires | Permalink

  Un exemple de stockage local d'énergie électrique: le conteneur mobile imaginé par Misubishi Heavy Industries (MHI). Il est constitué d'un onduleur et de plus de 2000 accumulateurs Li-Ion de plus de 50Ah assemblés en batteries. Ceci représente une énergie globale de 408 kWh avec un rendement charge-décharge global de 90%.

Cet ensemble est défini pour être installé rapidement dans des zones de travaux ou lors de difficultés rencontrées sur le réseau électrique. Un prototype va être testé en simulant diverses configurations de réseau.

Remarque: sur la base d'une énergie massique autour des 140 Wh/kg on peut estimer la masse de batterie installée vers les 3 tonnes.

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Japon: des boues très riches en terres-rares recouvrent certains fonds du Pacifique

Par Raymond Bonnaterrele 6 juillet 2011 | (6) Commentaires | Permalink

 Certains fonds marins du Pacifique dont ceux autour de la Polynésie française, sont recouverts de boues très riches en terres-rares dévoile une équipe japonaise de prospection de l'Université de Tokyo. A partir de l'analyse de prélèvements de boue réalisés par carottage en divers points du Pacifique entre 3500 et 6000 mètres de profondeur cette équipe a découvert un nouveau type de minerai très riche en terres-rares et autres métaux (Va, Co, Ni, Mo, U, Th). L'épaisseur de la couche de boue dans les zones les plus riches varie selon les sondages entre 8 mètres et plus de 20 mètres et les teneurs en terres-rares varient de 500 ppm à plus de 1000 ppm (CARTE, ronds oranges).

 Les quantités de terres-rares dans ces boues représenteraient une ressource mille fois plus grande que celle estimée à ce jour dans les terres. Les compositions de ces boues sont très voisines de celles des minerais exploités dans le sud de la Chine formés par l'adsorption d'ions métalliques par des argiles produits de l'érosion de granits.

 La rareté des terres-rares n'est donc pas, une fois de plus, vérifiée...mais nos perspicaces et précautionneux parlementaires pourront en interdire l'exploitation dans les eaux françaises... pour ne pas réveiller la maman du poisson. Allez savoir!

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Le solde du commerce extérieur s'enfonce précautionneusement dans les abysses

Par Raymond Bonnaterrele 8 juin 2011 | (7) Commentaires | Permalink

 Vingt six milliards d'euros, soit dix milliards de plus pour l'ardoise du commerce extérieur de la France pour les quatre premiers mois 2011 par rapport à celle de la même période de l'année précédente (TAB.). Et pendant ce temps là nos élus ratiocinent sur l'imposition des œuvres d'art ou sur la dangerosité des gaz de schistes. Un Muppets-Show national... en vrai. La facture énergétique avec un solde négatif de 21 milliards d'euros creuse le gros du trou, les importations d'automobiles toujours plus belles, de minerai de fer et de métaux non-ferreux toujours plus chers participent au massacre.

 Réaliser un pronostic pour le solde 2011? Il va dépendre des cours de l'énergie mais il devrait se situer autour des 80 milliards d'euros, 4% du PIB! Avec un tel boulet, comment voulez-vous que l'économie de notre pays progresse?

 Une faible consolation: les exportations d'électricité sont revenues. C'est à créditer aux récentes centrales au gaz mises en route et à la nouvelle Direction d'EDF qui a bien compris que la rentabilité du marché domestique est un enjeu essentiel pour cette entreprise.

 Une info pour les rangs précautionneux de l'Assemblée Nationale: les importations nettes de gaz naturel pourraient friser les 15 milliards d'euros cette année. Faites passer dans les travées!

Accéder.

Le 8 Juin 2011

Le suédois Vattenfall se dit prêt à investir un milliard d'euros dans l'hydraulique en France

Par Raymond Bonnaterrele 5 juin 2011 | (2) Commentaires | Permalink

  L'attribution de nouvelles concessions pour l'exploitation des barrages hydroélectriques en France devrait concerner d'ici à 2015 une puissance globale de 5,3 GW sur un total de 25 GW. L'électricien nordique Vattenfall qui a généré plus de 172 TWh d'énergie électrique en 2010, possède de fortes positions en Suède, en Allemagne et au Pays-Bas. Il opère marginalement en France avec des ventes d'énergie électrique de 7 TWh en 2010. Cet électricien, fort de son expérience dans l'hydroélectricité nordique (FIG.), espère décrocher une tranche d'un GW de concession afin de renforcer sa présence en France et d'accroitre la part des énergies renouvelables dans son portefeuille. Pour séduire les décideurs français, l'électricien se dit prêt à investir un milliard d'euros dans l'hydroélectricité de notre pays. Voila un excellent argument! Mais les concurrents seront sûrement nombreux.

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Le 5 Juin 2011

La fermeture des centrales nucléaires allemandes est un vrai problème européen

Par Raymond Bonnaterrele 30 mai 2011 | (5) Commentaires | Permalink

 La politique énergétique de l'Europe n'existe pas mais cela n'empêche pas que les réseaux électriques nationaux soient de mieux en mieux interconnectés afin que chacun puisse répondre plus aisément aux fluctuations de la demande et aux aléas de l'offre. Il est évident que la disparition de 7 GW de puissance électronucléaire en Allemagne devra être forcément digérée l'hiver prochain par l'ensemble des réseaux nationaux. Ceci se fera soit en produisant plus de puissance alternative (lignite, charbon, gaz) en Allemagne, soit en produisant plus dans chacun des États limitrophes, soit en orchestrant des délestages d'énergie par-ci ou par-là. Le plus probable est que cet évènement politique entraînera une modification importante des échanges d'énergie électrique entre l'Allemagne et ses voisins.

 En 2010 les exportations allemandes d'électricité ont représenté en moyenne 10% des productions locales (TAB.). En Février 2011 elles ont même atteint 12% du total et près de la moitié des productions d'énergie électrique d'origine nucléaire.

 L'arrêt de 40% des productions électronucléaires (5 TWh/mois) peut donc être théoriquement satisfait par la réduction d'autant des exportations allemandes.

 Bien entendu la réalité sera plus complexe durant l'hiver prochain, chacun essayera de produire plus ou de consommer moins, mais il est une évidence: les pays européens limitrophes de l'Allemagne connaîtront des limitations dans leurs importations d'énergie électrique. Dans le cas de la France une telle situation va obliger le producteur national majoritaire à exiger plus de vigilance et de discipline de la part de ses équipes parfois "inattentives". Sinon, il faudra compter les délestages.

Le 30 Mai 2011