Aux Pays-Bas, 500 habitations seront bientôt chauffées avec … de la poudre de fer !

Dès septembre 2022, 500 habitations de la petite ville néerlandaise de Helmond, seront alimentées en chauffage par un réseau de chaleur dont la chaudière utilisera de la poudre de fer comme combustible. Un projet pilote initié par une spin-off de l’université technique d’Eindhoven qui vise la commercialisation de cette technologie à grande échelle.

L’idée de brûler des poudres métalliques n’est pas neuve, puisqu’elles sont utilisées par exemple dans les feux d’artifice, inventés en Chine il y a plus de 1000 ans. Depuis la seconde moitié du 20e siècle, on s’en sert également comme combustible propulseur dans les fusées qui lancent les navettes spatiales. Mais l’utilisation potentielle des poudres métalliques en tant que combustible recyclable pour de nombreux usages a longtemps été négligée par la communauté scientifique.

Depuis quelques années, pourtant, des équipes de chercheurs – au Canada, aux Etats-Unis et aux Pays-Bas principalement – s’intéressent à l’utilisation de ces poudres, et plus particulièrement de la poudre de fer, comme combustible « propre ».
Quant à Jeff Bezos et Bill Gates, deux des hommes les plus riches du monde, ils ont tout simplement investi une partie de leur fortune dans une startup qui utilise le fer comme vecteur énergétique pour développer une technologie de stockage des énergies renouvelables.

Un cycle neutre en carbone

La combustion à haute température de la poudre de fer est en réalité, et tout simplement, une oxydation extrêmement rapide. A haute température, ces fines particules métalliques réagissent avec l’oxygène de l’air pour former un oxyde, appelé « rouille » par le commun des mortels. Cette réaction que les chimistes qualifient « d’exothermique » dégage une grande quantité de chaleur, laquelle entretien donc le processus. Mais contrairement à la combustion des combustibles fossiles, celle des oxydes métalliques ne génère pas de gaz carbonique (CO₂).
Le produit de cette oxydation, la rouille, peut ensuite être soumis à la réaction inverse – appelée « réduction » par les scientifiques – qui consiste à extraire le métal de son oxyde pour régénérer de la poudre de fer. On peut utiliser pour cela de l’hydrogène vert, l’ensemble du cycle étant alors neutre en carbone.

Un combustible propre

Aux Pays-Bas, des professeurs de l’université technique d’Eindhoven et leurs étudiants mènent depuis quelques années une recherche ayant comme objectif l’utilisation commerciale de la poudre de fer en tant que combustible « propre » pour différentes applications industrielles. « Nous n’avons pas à nous soucier des ressources en fer, c’est un des quatre éléments les plus abondants dans la croute terrestre », explique le professeur De Goey. « Il faut voir un stock de poudre de fer comme une batterie chargée », explique son collègue Niels Deen. « Lorsque la poudre a brûlé, l’énergie a été consommée et il reste une ‘batterie vide’ sous forme de rouille. Si vous la recyclez pour fabriquer à nouveau de la poudre de fer, par exemple avec de l’hydrogène, vous rechargez la batterie ».

Le chauffage de 500 habitations

Avec leurs étudiants, ces scientifiques ont conçu et construit l’année dernière, une installation pilote de 100 kW. Installée dans la brasserie Bavaria à Lieshout, près d’Eindhoven, la poudre de fer y est utilisée pour produire la chaleur à haute température utilisée dans le processus de fabrication de la bière.

Aujourd’hui, ces passionnés ont créé une spin-off baptisée RIFT (Renewable Iron Fuel Technology). Avec la multinationale française Veolia et Ennatuurlijk, un exploitant néerlandais de réseaux de chaleur, ils développent un projet de plus grande envergure : une chaudière de 1 mégawatt (MW), qui sera alimentée en poudre de fer, est actuellement en construction dans la chaufferie du réseau de chaleur de Helmond, une petite ville située dans le sud du pays. D’ici septembre cette installation fournira de l’eau chaude pour le chauffage de 500 habitations.

Les particules de rouille seront recyclées à l’aide d’hydrogène vert dans une usine pilote, située à Arnhem. « Chaque mois, quelques camions circuleront entre Helmond et Arnhem pour transporter la rouille et ramener la poudre de fer », précise Mark Verhagen, le manager de RIFT.

La poudre de fer se stocke et se transporte facilement

Une question nous vient alors à l’esprit : puisque la technique nécessite de l’hydrogène, pourquoi ne pas utiliser directement ce gaz « propre » comme combustible, en lieu et place de la poudre de fer ? « Les procédés industriels et les réseaux de chaleur nécessitent de grandes quantités d’énergie. Les alternatives durables telles que l’électricité et l’hydrogène ne peuvent pas toujours suffire. Nos réseaux ne sont pas conçus pour fournir autant d’énergie à l’industrie à court terme en plus de l’utilisation actuelle. Dans ces secteurs, les alternatives telles que le fer sont donc intéressantes », explique Verhagen. « Contrairement à l’hydrogène, les poudres métalliques se stockent facilement sur de longues durées, sans perte. Elles se transportent aussi beaucoup plus aisément sur de longues distances, car elles ont une densité d’énergie élevée. Un mètre cube de fer contient autant d’énergie qu’onze mètres cubes d’hydrogène à haute pression. Et surtout, elles ne présentent aucun danger, contrairement à l’hydrogène qui est très inflammable et même explosif », ajoute Philip de Goey.

RIFT travaille d’ores-et-déjà à la réalisation de la prochaine étape et a conclu un partenariat avec Veolia pour la construction d’ici 2 ans d’une installation commerciale de 5 MW, qui sera alimentée, bien sûr, par de la poudre de fer.

L’utilisation de poudres de fer pour stocker de l’énergie sur de longues durées est probablement une technologie digne d’intérêt. Son application pour le chauffage de bâtiments me semble beaucoup plus sujette à caution. Ce procédé nécessite en effet l’utilisation d’hydrogène vert pour recycler la poudre. Or cet hydrogène est produit par électrolyse de l’eau avec un rendement qui n’est pas excellent. Le recyclage et le transport de la poudre s’accompagnent aussi immanquablement de pertes d’énergie non négligeables.

L’électricité consommée pour cette production d’hydrogène pourrait dès lors être beaucoup plus  judicieusement utilisée pour l’alimentation d’une pompe à chaleur qui permet de fournir environ trois fois plus d’énergie que celle qu’elle consomme.

Comme nous l’avons déjà expliqué dans plusieurs articles, mettre l’hydrogène vert à toutes les sauces est une aberration. Il faut plutôt réserver son utilisation aux applications industrielles où il peut remplacer l’hydrogène gris encore majoritairement utilisé et aux processus qui nécessitent de hautes températures, lesquelles peuvent difficilement être produites directement par les énergies renouvelables.