La Conférence des Nations Unies sur les changements climatiques (COP26) étant terminée, le laborieux travail de transition vers une économie plus verte reste à faire.
Et maintenant, comment y parvenir ?
Le nouveau Centre d’innovation en stockage et conversion d’énergie de McGill (McISCE) entend occuper un rôle prépondérant pour nous rapprocher d’un avenir plus durable.
Lancé au printemps 2021, le McISCE a reçu cet automne un coup de pouce bienvenu : un don de 2 millions de dollars du Groupe Banque TD. Ce généreux soutien aidera à renforcer la capacité de recherche en matière de solutions énergétiques novatrices et sans carbone, à mobiliser une communauté de chercheurs dans le domaine et à former des étudiants qui deviendront les acteurs du changement capables de faire progresser les technologies avancées de stockage des énergies propres de la nouvelle économie verte.
Grâce aux technologies actuelles, il est possible de capter de l’énergie à partir de sources autres que celles des combustibles fossiles, notamment à partir d’énergie éolienne, solaire ou hydroélectrique. Cependant, le stockage et la conversion à long terme de ce type d’énergie posent des défis de taille qui empêchent leur utilisation à grande échelle.
C’est précisément sur quoi les recherches de pointe du McISCE s’attaquent. Le centre vise à devenir l’un des principaux sites mondiaux d’innovation en matière de conversion et de stockage de l’énergie sans carbone.
« Tout le monde parle de la transition vers une économie à faibles émissions de carbone, et les énergies propres sont un élément clé de cette stratégie », explique George Demopoulos, professeur au Département de génie des mines et des matériaux et cofondateur du McISCE. Les gens de son laboratoire concentrent leurs efforts sur des recherches portant sur des technologies propres à faible empreinte environnementale et explorent le développement de batteries lithium-ion avancées pour stocker de l’énergie solaire et alimenter les véhicules électriques. « Les énergies et technologies propres sont celles qui sont durables sur le plan environnemental et respectueuses des ressources. Elles sont dites propres en matière d’approvisionnement en matériaux, de recyclage et d’énergie », explique-t-il.
« Ce don est un véritable catalyseur pour nous », explique M. Demopoulos. « On renforce ainsi les capacités du McISCE et nous pourrons amorcer de nouveaux projets qui n’auraient pas été possibles autrement. »
Ce don versé dans le cadre de La promesse TD Prêts à agir — la plateforme mondiale d’entreprise citoyenne de la Banque — aidera également la mission éducative du centre en lui permettant d’embaucher un coordonnateur pour la tenue d’activités et d’ateliers. Par ailleurs, ce financement soutiendra le travail de l’agent de liaison qui cherche à établir des ponts entre la recherche de l’Université et l’industrie afin de trouver des possibilités de transfert de connaissances entre les technologies et les économies locales et nationales. Ce financement servira aussi de fonds de démarrage pour des initiatives particulièrement prometteuses qui ont besoin d’aide avant de pouvoir présenter des demandes concurrentielles pour d’autres sources de financement.
Plus important encore, ce don soutiendra les étudiants qui travaillent dans les laboratoires du McISCE. « Notre principal produit, c’est les personnes que nous formons dans nos laboratoires, lesquelles sont embauchées par la suite les entreprises et les organismes gouvernementaux », souligne M. Demopoulos. « Et une fois sur le terrain, ils deviennent des agents de changement. C’est là que nous ferons la plus grande différence. »
Ce don s’inscrit dans la promesse de la TD d’appuyer et d’aider à accélérer la transition vers une économie à faibles émissions de carbone, notamment les technologies, les entreprises et les processus liés aux énergies renouvelables et propres.
« À la TD, nous croyons que nous avons un rôle à jouer lorsqu’il s’agit de favoriser une croissance durable pour les clients et les collectivités que nous servons, ainsi que pour les économies que nous soutenons, a déclaré Sylvie Demers, présidente, direction du Québec, Groupe Banque TD. « Nous sommes fiers d’appuyer le Centre d’innovation en stockage et conversion d’énergie de McGill et ses chercheurs, qui par leur travail contribuent à inspirer un changement positif. »
Basé à la Faculté de génie, le centre compte une quarantaine de professeurs et leurs équipes de recherche sont entre autres à l’œuvre à la Faculté des sciences, à la Faculté des sciences de l’agriculture et de l’environnement et à la Faculté de gestion.
Il y a plusieurs étapes à franchir pour créer un vaste programme d’énergies propres, et le premier problème a été en partie résolu : produire de l’énergie propre et renouvelable à partir de sources solaires, éoliennes ou géothermiques. « Nous disposons de ces technologies, elles sont rentables et peuvent être développées. Elles n’ont pas encore pris toute leur ampleur, mais c’est une question de volonté politique plutôt que de technologie », explique Jeffrey Bergthorson, professeur au Département de génie mécanique et cofondateur du McISCE.
« Aujourd’hui, le défi est de répondre à notre besoin croissant d’énergie, en doublant ou triplant notre production d’électricité », ajoute Bergthorson, qui est également le directeur associé de la Trottier Institute for Sustainability in Engineering and Design (TISED). « Et nous devons fournir des solutions de stockage afin que l’énergie soit là quand nous en avons besoin. Le vent ne souffle pas toujours, et le soleil ne brille pas toujours. »
La réponse réside dans le développement d’autres sources d’énergie et dans la création d’approches efficaces pour stocker cette énergie une fois qu’elle a été produite afin de la mettre de côté essentiellement en prévision des jours pluvieux ou de la saison froide. « Nous ne parlons pas de stocker de l’énergie solaire ou éolienne pendant quelques heures — nous voulons du stockage à long terme, par exemple de l’été à l’hiver », déclare Sylvain Coulombe, professeur au Département de génie chimique et cofondateur du McISCE. « Et souvent, cela signifie aussi convertir l’énergie en quelque chose d’autre qui peut être plus facile à transporter et à stocker. »
L’hydrogène, par exemple, a acquis une grande notoriété en tant que carburant alternatif potentiel, mais, bien qu’abondant et renouvelable, il est extrêmement difficile à stocker et à transporter. Donc, sa viabilité en tant que carburant de substitution réside donc dans le développement de moyens de le convertir et de le stocker sous une autre forme.
« L’hydrogène a le potentiel d’être une énergie propre, mais le problème est de savoir comment le stocker pour les transports lourds ou les livraisons d’énergie sur de longues distances, ou même pour le commerce international de l’énergie », déclare Bergthorson, dont le laboratoire sur les carburants de substitution étudie l’utilisation de « combustibles métallurgiques » comme moyen pour stocker l’énergie et même pour produire de l’hydrogène à la demande.
« L’une des idées consiste à utiliser l’aluminium comme combustible recyclable et produit d’énergie renouvelable. Ensuite, on peut brûler l’aluminium avec de l’eau pour libérer l’hydrogène à la demande plutôt que de transporter et de stocker l’hydrogène. De plus, cette solution est totalement durable, car il est possible d’utiliser ainsi l’aluminium à l’infini : c’est un combustible circulaire. »
L’utilisation de métaux pour stocker le carburant offre un autre avantage important : la disponibilité. « Le lithium existe en quantité limitée et si nous essayons de fabriquer des batteries lithium-ion pour tous, nous allons nous en manquer », explique M. Bergthorson. « Mais nous avons beaucoup plus de fer et d’aluminium, et plus vous introduisez de matériaux, plus le coût global du système est faible. »
Dans son laboratoire, Sylvain Coulombe et son équipe explorent des moyens d’électrifier les procédés chimiques à l’aide de procédés plasma. Un gaz en plasma, le quatrième état de la matière, est hautement réactif et conduit l’électricité. Par conséquent, les procédés plasma peuvent être entièrement alimentés par de l’électricité renouvelable. Plusieurs industries lourdes et des industries émergentes au Québec et dans plusieurs provinces au Canada pourraient devenir « entièrement électriques » grâce aux technologies du plasma.
« La plupart des grandes installations de production chimique sont alimentées par des combustibles fossiles, et ces processus fonctionnent généralement à des températures élevées », explique le professeur Coulombe. « Grâce au plasma, nous pouvons obtenir et parfois dépasser les rendements de ces procédés chimiques traditionnels, tout en étant beaucoup plus écoénergétique et durable. D’ailleurs, les procédés plasma peuvent entraîner des réactions chimiques qui ne seraient pas possibles autrement. »
Des recherches comme celle du laboratoire Coulombe peuvent contribuer à transformer des procédés industriels à grande échelle tout en réduisant les émissions — une étape prometteuse vers un avenir plus durable.