Cet article fait partie des 112 cas de l’économie bleue.

Cet article fait partie d’une liste de 112 innovations qui façonnent l’économie bleue. Il s’inscrit dans le cadre d’un vaste effort de Gunter Pauli pour stimuler l’esprit d’entreprise, la compétitivité et l’emploi dans les logiciels libres. Pour plus d’informations sur l’origine de ZERI.

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Cas 12 : Énergie éolienne sans turbines

Jan 4, 2013 | 100 Innovations, Energie

Le marché mondial des turbines

Le marché mondial des turbines et des produits connexes, comme les moteurs et les génératrices, est évalué en 2012 à plus 100 milliards de dollars. La forte croissance de la construction aéronautique et de la production d’électricité stimule la demande. Alors que 70 % du marché mondial est concentré en Amérique du Nord et en Europe, la Chine affiche la plus forte croissance. La Chine commence à produire ses propres turbines, tirée par la demande d’éoliennes. Le Danemark est le seul pays dont la balance commerciale présente un “excédent d’éoliennes” en raison de ses exportations d’éoliennes.

Il existe trois grands segments de marché pour les turbines : les moteurs à turbine utilisés exclusivement pour propulser les avions, les turbines à gaz pour la production d’électricité et les turbines éoliennes. La demande d’éoliennes dépassera celle des turbines à gaz d’ici 2012. Les éoliennes modernes ont été vendues en 2010 à 1,5 million de dollars le mégawatt. Si les États-Unis devaient installer 20 % de l’approvisionnement énergétique de leur pays à partir de l’énergie éolienne, cela équivaudrait à un marché de 250 milliards de dollars. Le marché mondial des éoliennes a établi un nouveau record en 2011 et a atteint une taille totale de 42 GigaWatts (GW). La capacité mondiale totale est de 239 GW en 2012. La Chine a déjà installé une capacité totale de 63 GW.

Les producteurs d’éoliennes répondent à une demande spécifique avec des éoliennes à axe vertical (VAWT) et des éoliennes à axe horizontal (HAWT). La croissance de la demande est certaine, des innovations fondamentales dans le secteur sont nécessaires pour surmonter le facteur limitant des métaux des terres rares. Une éolienne industrielle utilise plus d’une tonne d’aimants, dont 35 % utilisent du néodyme. Aujourd’hui, la Chine produit 95 % de ce métal des terres rares. Pour extraire les métaux des terres rares, des acides agressifs sont pompés dans des puits de type les trous de forage où les produits chimiques dissolvent tous les dépôts. Le lisier est ensuite pompé dans des étangs présentant des risques professionnels et environnementaux élevés. De nouvelles sources, de nouveaux procédés et de nouveaux types de matériaux seront nécessaires à mesure que le secteur de l’énergie éolienne continuera d’évoluer.

L’innovation

Plusieurs industries vertes à forte croissance dépendent des métaux des terres rares. Toyota a besoin de 2 à 4 livres de néodyme et de dysprosium pour son moteur hybride dans sa populaire Prius et de lanthane pour sa batterie. Le muscle du marché des Chinois dans les métaux des terres rares a été illustré par l’évolution du fabricant de batteries BYD en un constructeur automobile performant. D’ici 2011, une flotte de taxis de voitures électriques BYD à Shenzhen (Chine) avec une autonomie de 300 kilomètres a accumulé 6 millions de km avec un kilométrage individuel de plus de 160 000 km. Leur accès exclusif aux métaux des terres rares offre le levier nécessaire pour pénétrer le marché. C’est dans cette évolution du jeu concurrentiel des industries vertes en général et de la production d’énergie en particulier que la découverte de Shawn Frayne offre une nouvelle approche fondamentale. Il a inventé la génération d’énergie avec le flottement aérodynamique qui fonctionne sans métaux des terres rares. En fin de compte, ce générateur d’électricité pourrait fonctionner sans aucun métal, pas même du cuivre ou de l’acier inoxydable.

Shawn Frayne, diplômé du MIT en physique, a observé comment la pression du vent génère des vibrations dans des bandes et des cordes allongées. Il a étudié cette force aérodynamique qui peut construire et détruire un pont, comme ce fut le cas avec le pont de Tacoma dans les années 1940 et qui est bien connu de tous les ingénieurs en construction. Cette expérience a appris aux experts à concevoir des structures capables de résister à cette force de la nature. Shawn adopte une approche différente, et a imaginé comment aller avec l’écoulement, a conçu un système pour récolter la puissance du battement et la transformer en électricité sans avoir besoin d’une turbine.

L’esprit créatif de cet inventeur multiple et propriétaire d’un portefeuille de brevets qui doivent être introduits commercialement dans le domaine de l’emballage et de la purification de l’eau, s’est installé à Hong Kong. Après un accueil froid de la part des fonds de capital-risque américains, Shawn s’est installé dans cette ville-État chinoise où lui et son équipe mettent au point des moyens de produire de l’électricité sans mouvements de rotation et éventuellement même sans métaux des terres rares. Alors que la science est bien établie, la conversion en applications commerciales émerge après trois ans d’essais et d’erreurs.

Le premier flux de trésorerie

L’élimination des métaux de terres rares dans l’équation des éoliennes – en éliminant la turbine – est une innovation révolutionnaire. Alors que la pénétration à grande échelle du marché pourrait prendre une autre décennie ou peut-être même une génération, il existe de multiples marchés de niche qui sont des cibles claires pour la jeune entreprise Humdinger qui a reçu son financement initial à Hong Kong. La ceinture éolienne miniature est potentiellement la première application commerciale. Ce minuscule dispositif a la capacité de remplacer les batteries des capteurs. Étant donné qu’une petite rafale de vent d’à peine 10 km/h suffit à générer l’énergie nécessaire au fonctionnement d’un capteur, une ceinture éolienne pourrait remplacer, au cours de sa durée de vie, 100 piles et la main-d’œuvre nécessaire pour les changer.

Le marché mondial des capteurs est explosif. Des détecteurs d’incendie aux contrôles météorologiques, en passant par l’enregistrement de la température et du pH, la société moderne s’appuie largement sur la mesure à distance et indépendante de dizaines de paramètres. La possibilité d’éliminer les capteurs fonctionnant sur batterie, combinée à la possibilité de rester indépendant du réseau, crée une nouvelle opportunité commerciale qui construit un modèle économique qui fonctionne avec ce que vous avez, un principe fondamental de l’économie bleue.

L’opportunité

L’élimination des turbines, des aimants et à l’avenir même de tous les métaux, tout en produisant de l’électricité à partir du vent créant des vibrations aérodynamiques ouvre un large portefeuille d’opportunités pour produire et consommer de l’énergie localement. Alors que le coût actuel de l’électricité produite par les vibrations aéroélastiques place déjà l’énergie en kilowatt/heure au même niveau que toutes les sources traditionnelles, l’opportunité va au-delà de l’évidence. Un concept énergétique complètement nouveau pourrait émerger avec des applications spéciales dans le monde bouddhiste.

La première application à grande échelle de ce dispositif de production d’énergie pourrait bien se faire au Bhoutan. Chaque enfant de ces nations himalayennes grandit pour devenir un prospecteur d’énergie éolienne. Pourquoi ? Puisque les bouddhistes prient en mettant des drapeaux dans le vent, la clé est de savoir où il y a du vent. Chaque mât de drapeau pourrait être équipé d’un cordon, attaché à un flotteur, produisant de l’électricité pendant la prière. La bande allongée – la ceinture à vent – pourrait même avoir des prières peintes dessus. Ce serait la forme ultime d'”énergie sainte”, plus il y a de vent – plus il y a d’électricité – plus on prie !

Un million de mâts de drapeau représentent à 12 watts par heure par cellule éolienne, soit un potentiel combiné de 360 mégawatts à la disposition des communautés non atteintes dans les montagnes si chaque mât de drapeau était converti en électricité. Elle pourrait même devenir une mode dans les villes connectées au réseau, mais où les citoyens aimeraient combiner l’énergie avec la spiritualité et la durabilité.

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