Supercondensateurs : des noix de coco pour faire rouler les bus ?

Si le pétrole devait se raréfier, la noix de coco pourrait être le nouvel eldorado de demain dans certains pays tropicaux avec les supercondensateurs.
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Coconut by Annette Young (CC BY-NC-ND 2.0)

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Supercondensateurs : des noix de coco pour faire rouler les bus ?

Publié le 4 juillet 2020
- A +

Par Michel Gay.

Le stockage d’énergie embarqué est l’un des grands défis à relever pour pouvoir commencer à se passer des hydrocarbures dans les transports qui en dépendent aujourd’hui presque exclusivement.

Et les batteries « chimiques » ne sont pas les seuls systèmes de stockage d’électricité intéressants.

Les supercondensateurs, bien moins connus, contenant du charbon issu d’écorces de noix de coco, peuvent compléter ou même parfois remplacer les batteries pour faire rouler nos bus électriques en ville.

Les supercondensateurs (SC) sont aux condensateurs classiques (CC) ce que Superman est aux hommes. C’est presque pareil mais c’est différent… Ça y ressemble mais c’est beaucoup plus puissant.

De quoi s’agit-il ?

Un SC (comme un CC) stocke rapidement un peu d’électricité dans deux armatures conductrices séparées par un isolant électrique. Il a ensuite le pouvoir de la délivrer avec une grande puissance, presque instantanément.

Un supercondensateur fonctionne sur le même principe qu’un CC, mais il est constitué de matériaux différents, dont parfois le charbon actif poreux issu de l’écorce de la noix de coco. Peu cher, ce dernier permet d’obtenir de bonnes performances grâce à la grande surface développée dans ses pores (environ 2000 mètre carrés par gramme !).

Il favorise ainsi le stockage des électrons pour concentrer environ 10 wattheures par kg (Wh/kg), soit une centaine de fois plus d’énergie qu’un CC (0,1 Wh/kg).

Un SC contient cependant encore 10 à 20 fois moins d’électricité par kg qu’une batterie chimique de dernière génération lithium-ion (200 Wh/kg).

Mais le procédé électrochimique de cette dernière limite à quelques milliers son nombre de cycles charges – décharges « lentes » (quelques heures à quelques minutes), alors que les supercondensateurs supportent des charges et décharges (en quelques secondes) jusqu’à un million de fois en délivrant une grande puissance.

Et c’est là toute la différence !

C’est un point crucial qui permet aux supercondensateurs d’avoir une durée de vie plus longue (environ 10 ans) que les batteries (environ 5 ans). Ils sont donc aussi plus respectueux de l’environnement, polluent moins lors de leur construction et ne présentent pas de risque d’explosion.

Les applications des supercondensateurs

Les SC sont utilisés, par exemple, pour améliorer l’efficacité des transports à courts trajets (quelques km) comme des bus et des tramways électriques avec des recharges rapides (moins de 30 secondes) à chaque arrêt aménagé.

De plus, ils stockent l’énergie récupérée au moment du freinage et la restituent au moment du démarrage et de l’accélération.

Des bus « hybrides » utilisent des batteries et des supercondensateurs en complément pour obtenir à la fois une (relativement) grande densité d’énergie et une grande densité de puissance.

Certaines pelles mécaniques et grues portuaires utilisent aussi des SC alimentés pendant la descente des charges et sollicités pendant la montée.

La Chine

La Chine entend bien être à pointe du développement mondial des supercondensateurs appelés à être utilisés conjointement avec les batteries, quand ils ne les remplacent pas totalement.

Ainsi, la société CSR Zhuzhou Electric Locomotive a présenté en 2015 le bus électrique dont la recharge est la plus rapide au monde (10 secondes grâce aux SC).

Des bus électriques alimentés uniquement par des SC à Ningbo, dans l’est de la Chine, parcourent un trajet de 11 km avec 24 arrêts. Les SC sont rechargés en moins de 30 secondes à chaque arrêt, par une alimentation extérieure pendant que les voyageurs montent et descendent du bus.

Les « nanopores » des supercondensateurs

La recherche permettant d’augmenter la quantité d’électricité stockée dans de nouveaux matériaux poreux s’oriente aussi vers des noyaux d’olive, des noyaux de cerise, des algues, du bambou, et même des grains de café.

Elle porte aussi sur la synthèse de matériaux dont la taille des nanopores serait mieux contrôlée.

Aujourd’hui, les carbones les plus performants ont des tailles de pores d’environ 1 nanomètre (un milliardième de mètre).

Si le pétrole devait se raréfier bientôt (ou pas ?…), la noix de coco pourrait être le nouvel eldorado de demain dans certains pays tropicaux, comme… le sucre (glucose) aurait pu l’être pour la voiture de Fantasio dans la bande dessinée publié en 1971 « Du glucose pour Noémie ».

Voir les commentaires (31)

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  • Il faut d’urgence relocaliser la production de noix de coco !

  • Merci M. GAY.
    Peut-etre qu’un jour c’est la carcasse du véhicule qui sera le condensateur.

  • Les réserves connues de gaz permettent de faire rouler nos véhicules proprement pendant au moins deux siècles. Sans compter la possibilité de recourir à l’hybridation.

  • les écolos n’accepteront jamais que l’on sacrifie la nourriture pour pallier le manque de pétrole ; ils sont tellement cons….

    • Ils n’ont qu’à les bouffer les coques de noix de coco et autres noyaux de prunes.

    • Certains auront dû mal à accepter que le pétrole n’est pas infini. Et les écolos ne sont pas si kons : par exemple, ils savent que la carcasse de noix de coco qui sert à fabriquer ce charbon poreux ne se mange pas.

      • Ne se mangent pas et peuvent remplacer les verres et gobelets, le maillot de bains pour madame ou la protection de messieurs , un ecolo n’est si bête.

    • Ils n’ont qu’à s’autotruffer avec.

  • C’est génial mais cela arrive trop tard demain nous serons tous à cheval, nous ‘roulerons’ à gauche (l’épée) ou en bus.
    Je n’y crois pas , je crois plutôt aux supraconducteurs, plus long à charger mais de capacité surement superieure.

  • Pour les et camions courte distance, pourquoi pas.
    Et la recharge par le sol sans contact, cela donne un résultat?

    • Etant donné les coûts d’infrastructure pour passer des câbles et refaire quelques mètres carré de goudron, je pense que vous pouvez rajouter un petit robot pour brancher le file rouge sur le bouton rouge et le fil vert sur le bouton vert.

      • Ce n’est pas le goudron qui coûte, mais le transformateur et le boitier de contrôle. La mise en place du câble ne devrait pas être difficile.

    • Ce n’est pas Citroën qui avait un truc pneumatique pour remplir la même fonction ?
      La recharge par le sol.. Comme l’iphone…la performance énergétique doit pas être géniale. Autant mettre des piles jetables… Des canons à piles le long des routes ha ha ha… Tout ça pour ne pas remplir son réservoir de quelques litres de bonne huile.

  • nano= 10E-9 pas 10E-12

  • 10 Wh / kg c’est quand même 4 fois moins qu’un volant d’inertie en aluminium et 60 fois moins qu’un volant d’inertie en fibre de carbone et résine.

    Bien sur, cela a moins d’effet gyroscopique …

    • Un volant à inertie ne se recharge pas en qqs secondes…De plus il faut qu’il tourne dans le vide, d’où la petite usine à gaz à embarquer.

      • Je suis plus inquiet à cause de du poids du caisson pour contenir son énergie en cas de de destruction (explosion).

      • Pour le temps de recharge, je ne sais pas mais cela doit correspondre au temps d’utilisation en accélération à pleine puissance moins ce qui est récupéré au freinage.

        Seuls des essais pratiques peuvent donner la réponse, mais si la solution n’a pas été largement déployée, il y a forcément un hic.

        • Les bases aériennes françaises étaient équipées de volant à inertie, ils ont été remplacés par des générateurs (et des batteries pour éviter les micro-coupures le temps que les générateurs montent en charge), en grande partie pour des raisons de coût (entretien, mais également la perte d’énergie qu’imposait l’entretien du mouvement du volant) => pour ce qui est des essais pratiques, le sujet est largement connu et maitrisé. Le seul cas où j’ai vu la question se poser de mettre un volant à inertie, c’était sur une base localisée en Afrique, où les coupures (en particulier les micro, avec des pics de tension énormes) étaient légion, et où nous passions notre temps à réparer les alimentations à découplage qui brulaient en rafale : pour ce genre de perturbation électrique, le volant à inertie est une solution parfaite, justement de part son inertie. Pour une situation plus normale…

  • Pour résumer la question du pétrole fossile, l’humanité dispose de 50 ans de réserves prouvées à conditions techniques et économiques identiques et de 500 ans de réserves connues, exploitables sans trop de difficulté, accessibles à prix supportable (200 dollars le baril environ). Là-dessus, l’optimisation du rendement grâce aux technologies déjà maîtrisées pourrait conduire à diviser par 7 la consommation des fossiles pour un usage identique. L’humanité disposerait alors de 3500 ans de réserves fossiles au rythme des besoins actuels. Si on ajoute les réserves potentielles supposées (l’offshore de très grande profondeur par exemple) multipliant au minimum par un facteur 10 les réserves prouvées, l’humanité disposerait d’une réserve de plus de 35000 ans de consommation de fossiles toutes choses égales par ailleurs.

    Bref, il y a largement de quoi voir venir et surtout le temps pour l’humanité de passer à autre chose, sans céder aux intimidations des terroristes collectivistes, anti-humanistes sans vergogne, qui ne rêvent que de gestion autoritaire de la pénurie.

    On peut même affirmer que, à l’échelle d’une vie humaine, cette réserve est en réalité infinie. Autrement dit, l’humanité n’aura pas besoin d’exploiter sa réserve fossile en totalité. L’âge du pétrole ne prendra pas fin par manque de pétrole. A la fin de l’histoire, l’essentiel de la réserve fossile restera au fond de la Terre, inexploitée, inutile.

    • Je suis heureux de constater que vous reprenez le concept d’un brillant commentateur (moi en l’occurence) sur le « prix supportable ».
      Pour l’optimisation des rendements, vous voulez dire qu’avec 1 litre de pétrole, on fera 7 x plus de choses qu’actuellement ? Genre 7x plus de plastique et 7x plus de km ? Ma voiture passerait ainsi à 0,7 litre au 100km avec des technologies raisonnables économiquement aussi ?
      Pour les réserves potentielles supposées hypothétiques à prouver et non garanties, perso, je n’attendrai pas de voir qu’il y a plus pour chercher autre chose.
      A vous lire, il ne sert à rien de chercher un substitut au pétrole… L’immobilisme scientifique que vous prônez sur de nombreuses technologies (panneaux solaires ou hydrogène par exemple) au profit du seul pétrole n’est pas très compatible avec la soif de connaissance de l’Homme.
      Le pétrole, ça pue, ça salit, ça pollue, alors cherchons autre chose.

      • Il a parlé de fossiles donc avec un peu de pragmatisme on peut réduire la consommation du plus polluant et moins pratique : le charbon.

        Et la pas de problème : quand les Chinois auront mis au point une technologie nucléaire propre et moderne (qu’on se refuse à développer) et auront fermé leur centrales à charbon, on aura beaucoup moins de pollution. D’autant qu’ils pourront produire de l’hydrogène ou synthétiser des hydrocarbures pour alimenter leurs colonies européennes.

      • « avec 1 litre de pétrole » : vous avez très mal lu, ce qui ne favorise pas la compréhension des sujets, d’où vos trop nombreux commentaires rocambolesques.

        • Je n’ai pas mal lu. Quand vous parlez de offshore grande profondeur, ne venez pas prétendre parler d’extraction de charbon sous le plancher marin. Quand vous écrivez 200 le baril, c’est du pétrole, non ? A moins que le charbon en baril soit la nouvelle mode. Quand vous écrivez « l’ère du pétrole », le charbon il est où ?
          Le pétrole est une matière première qui est substituable par d’autres pour les transports notamment. Mais il reste indispensable pour le moment dans de nombreux produits. Pour le charbon, je ne sais pas trop quels progrès sont possibles, et une grosse variable est sa qualité .
          Pour MichelC ci-dessous, doubler le rendement d’un moteur thermiqe me semble fort compliqué (ce qui ne fait que 2x moins de carburant :-), pas 7x). Et si on y arrive, il faudra que ce soit à coût raisonnable de construction et d’entretien. Un moteur en platine issu de l’horlogerie suisse, ça va pas le faire je pense. (ceci est une image, une métaphore).
          Le moteur thermique a bien sûr sa place dans un ensemble d’autres possibilités, il a des avantages non négligeables, mais n’est pas le meilleur pour d’autres usages. Avoir une voiture diesel en ville quand on fait maxi 30km par jour, c’est un non-sens par exemple. Interdire ? Pas du tout. Avoir d’autres solutions ? oui.

          • Cactus s’enfonce dans les sables mouvants de l’ignorance volontaire.

            • C’est amusant : la légèreté de votre argumentation vous fait vous envoler vers le vide de sens intersidéral bien que votre commentaire ait pris un méchant coup dans l’aile.
              Vous avez changé cher général Cavaignac : faire le coup du « c’est celui qui dit qui est » ne vous ressemble pas. Bref. On parle concret et vous décampez.

              • Vos péroraisons sont vaines et les arguments sont largement connus.

                Pour les alter-comprenants de votre acabit :
                – vos panneaux solaires produisent à peine 200w/m², et ne produisent au maximum que 10% du temps. Les panneaux solaires, c’est bien pour la clim ou la piscine. Pour les autres usages, pas assez de puissance quand on en a besoin, même pas en rêve (avec une production maximum en été vs une consommation maximum en hiver). Enfin, les panneaux solaires gavés de métaux rares impliquent des rejets de tonnes de CO2 à la production, infiniment plus que l’équivalent pétrole par rapport à leur piètre capacité énergétique. Absurde.
                – le vaporeformage du gaz naturel, qui est la méthode la moins chère pour produire de l’hydrogène, coûte beaucoup plus cher que le pétrole fossile, sans compter les contraintes démentielles de transport et de stockage. Pour répondre aux besoins énergétiques de la transformation, il faudrait construire de multiples centrales nucléaires dédiées pour récupérer la vapeur d’eau nécessaire. Enfin, le varoreformage rejette du CO2 à foison, beaucoup plus que le pétrole fossile. Absurde.

                L’optimisation de la consommation de pétrole fossile repose sur des techniques largement connues et maîtrisées (optimisation des moteurs, inclusion croissante des biocarburants jusqu’à 85%, hybridation légère). Le moteur qui consomme moins d’un litre de carburant fossile pour cent kilomètres existe déjà. Nous pouvons d’ores et déjà diviser par 7 la consommation de pétrole pour un service rendu équivalent.

                Les concurrents du pétrole sont pour l’instant des impasses qui reposent sur des techniques très coûteuses, peu efficientes ou loin d’être maîtrisées (batteries solides ou stockage de l’hydrogène à température et pression ambiantes par exemple). Les solutions n’existent pas aujourd’hui et il n’y a que des promesses de laboratoires pour attirer des capitaux en pure perte car ces promesses ne quittent jamais les laboratoires.

                Refuser de regarder la réalité en face est un excellent moyen de mourir idiot, concrètement.

      • Il y a moyen d’augmenter le rendement, doubler, d’un moteur et de la passer au 2 temps, d’ou des moteurs plus petits ou plus puissants, compact et frottant moins.

    • Une autre façon de voir, est que les fossiles sont les détritus de la faune et de la flore. Ces détritus sont issus de l’épuration de l’atmosphère saturée par les détritus volcaniques (le CO2).

      Mais c’est pas très anthropique dit comme ça car il faudrait passer une loi pour interdire aux volcans de fumer.

  • Il est temps de mettre au courant de propriétés des coques de noix les constructeurs d’installations de stockage du courant par des milliers de tonnes de batteries classiques. Vu dans le journal voici quelques jours : des volumes comme des grosses remorques à côté des éoliennes. Il ne manquait plus que cela!

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