Une solution climatique inattendue

Nicholas Witham est le premier lauréat du Wilkes Center Student Innovation Prize, décerné plus tôt ce mois-ci à l'Université de l'Utah. Le concours invitait les étudiants à proposer des solutions créatives pour lutter contre la crise climatique et à faire des présentations détaillant leur impact potentiel, leurs avantages et leur aspect pratique. Trois autres prix, un pour la deuxième place et deux pour la troisième place, ont également été décernés lors du premier Wilkes Climate Summit à l'U les 17 et 18 mai.

Étudiant diplômé à l'U, Witham poursuit actuellement son doctorat. en génie biomédical tout en dirigeant sa société Gaia Technologies, qui fabrique des composants prothétiques. Pour le Wilkes Center Student Innovation Prize, il a conçu un générateur électrique renouvelable innovant qui s'appuie sur les fluctuations naturelles de la température de la Terre.

"Le type de générateur que j'ai conçu fonctionne avec des muscles artificiels thermo-moteurs", a-t-il déclaré. "Cela signifie qu'ils se contractent lorsque vous les chauffez. Chaque jour, la Terre devient plus chaude et plus froide, ce qui les fera bouger, et ils peuvent tirer sur une turbine, générant de l'énergie. La grande chose à ce sujet est que le refroidissement génère également de l'énergie, donc vous peut produire de l'énergie jour et nuit."

CRÉDIT PHOTO : Todd Anderson

Nicholas Witham, étudiant au doctorat en génie biomédical.

Ce potentiel de production d'électricité 24 heures sur 24 pourrait aider à combler le déficit énergétique commun aux sources d'énergie renouvelables.

L'un des premiers endroits où Witham espère installer ses générateurs se trouve dans le sud de l'Utah, où le changement de température entre le jour et la nuit est idéal pour cette technologie 10 mois par an. Bien que les fluctuations de température naturelles puissent parfois ne pas faire fonctionner les générateurs, Witham pense qu'ils pourraient être utilisés pour compléter les énergies renouvelables existantes, telles que l'énergie solaire et géothermique.

"Vous pouvez utiliser des pompes à chaleur géothermiques très efficaces pour les actionner sans avoir besoin d'avoir un changement de température causé par l'environnement. L'excès de chaleur qu'elles gaspillent, ne fait pas tourner une turbine, se refroidit juste avant de la pomper dans la Terre - nous pourrait l'utiliser pour décupler la production d'énergie de nos générateurs », a-t-il déclaré.

En fait, l'installation de ces générateurs dans des centrales géothermiques ou des fermes solaires préexistantes peut être l'option la plus idéale pour maximiser l'efficacité et le coût de ces sites.

"J'ai couru les chiffres, et je pense que cela pourrait être une solution qui pourrait coûter moins cher que l'énergie solaire, et vous pouvez la mettre à l'échelle verticalement", a expliqué Witham. "Ainsi, vous pouvez utiliser l'infrastructure solaire existante, placer les panneaux solaires au-dessus, et chaque fois que vous souhaitez réinvestir dans le site sans avoir à y faire passer de nouvelles lignes électriques, vous pouvez simplement les empiler plus haut."

Non seulement le générateur est une forme potentiellement puissante d'énergie renouvelable, mais il intègre également la capture du carbone dans sa conception. "Ce sont des textiles polymères. Ils sont donc fabriqués à partir d'un plastique appelé polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), qui est un type de plastique qui peut être biodérivé. Cela signifie que vous pouvez utiliser des cosses de maïs pour fabriquer ce plastique comme un forme indirecte de capture du carbone. Chaque kilogramme de LLDPE séquestre 3 kilogrammes de carbone."

Witham a soigneusement pris en compte l'impact environnemental de ces générateurs, en veillant à ce qu'ils contribuent aux efforts de séquestration du carbone au lieu de créer davantage de déchets. "Lors du démantèlement des panneaux solaires, par exemple, vous générez beaucoup de déchets électroniques. Ce système est conçu pour être recyclé et déclassé dans le respect de l'environnement", a-t-il déclaré.

Witham prévoit de loger l'ensemble du générateur dans un conteneur d'expédition, et il estime que l'un de ces générateurs pourrait durer plus de 25 ans avec un entretien très minimal. En raison de leur nature autonome, l'impact et l'effet de ces unités sur le milieu environnant sont très minimes.

"C'est essentiellement une grande boîte noire que nous prévoyons de placer au milieu du désert. J'ai contacté le bureau local de l'EPA à ce sujet pour voir s'il me manquait quelque chose, et ils n'avaient aucune inquiétude réelle. Parce que nous le mettons dans une boîte, tous les microplastiques qui pourraient être générés par le cisaillement ou la rupture catastrophique des textiles seraient contenus », a-t-il déclaré.

CRÉDIT PHOTO : Nicholas Witham

Muscle artificiel textile dans une configuration d'essais thermomécaniques.

La capacité d'intégration de ces dispositifs dans les zones urbaines, selon Witham, peut être limitée aux immeubles d'habitation ou aux gratte-ciel. "Je ne pense pas que quiconque veuille vraiment utiliser une partie de la taille d'un conteneur maritime de sa cour pour produire de l'électricité", a-t-il plaisanté. Le poids de ces conteneurs limite également leur capacité à être placés au-dessus des bâtiments, car chaque unité pèse environ 18 tonnes métriques. Cependant, il est possible qu'ils soient incorporés sous les bâtiments. "Vous pouvez tout à fait le mettre sous terre si vous avez un système CVC à pompe à chaleur pour le réguler, mais ce serait un peu moins efficace." Bien que les générateurs ne fonctionnent pas aussi bien que dans l'environnement désertique éloigné prévu par Witham, il existe toujours une possibilité d'incorporation urbaine.

Avec une bourse de 20 000 $ du Wilkes Center Student Innovation Prize, Witham est un pas de plus vers la mise en place et le fonctionnement à grande échelle de sa conception. Son laboratoire a déjà la capacité de produire en masse la technologie musculaire artificielle nécessaire, donc un prototype suivra bientôt.

"L'hypothèse est que nous pouvons fabriquer un générateur de neuf mégawattheures à l'échelle pour le tester sur le terrain. À partir de là, nous pourrions créer un champ de générateur comme vous le verriez pour un champ solaire. Et puis avec un doublement de 2,4 ans période - ce qui est typique pour les énergies renouvelables dans ce domaine - cela signifierait que d'ici 2050, nous aurions séquestré et compensé un total de 15 millions de tonnes de CO2." La prise en compte par Witham de la durabilité, de la mise à l'échelle réalisable et de la collaboration avec d'autres énergies renouvelables rend sa conception à la fois pratique et efficace en tant que solution climatique.

CRÉDIT PHOTO : Todd Anderson

Nicholas Witham présente ses recherches primées au Wilkes Center for Climate Science & Policy.

De toute évidence, les juges du Wilkes Center Student Innovation Prize l'ont pensé. La conception de Witham est une fusion unique et impressionnante d'énergie renouvelable avec des technologies biomédicales préexistantes, montrant que la nature des solutions climatiques sera probablement interdisciplinaire. Witham plaisante en disant qu'une nuit blanche au travail est à remercier pour son idée d'intégrer son travail biomédical dans une source d'énergie renouvelable.

"Je passais une nuit sans sommeil dans le laboratoire, comme vous le faites en tant qu'étudiant diplômé", a déclaré Nicholas Witham, "et j'ai calculé les chiffres parce que je me suis dit : 'Hé, la Terre se réchauffe !' J'ai connecté tous les points parce que nous utilisons un type de plastique beaucoup plus économe en énergie et qui n'est généralement pas utilisé pour ces muscles artificiels. Et cette efficacité énergétique a vraiment permis à cette idée d'avoir du mérite.

L'application créative de l'ingénierie biomédicale par Witham montre que les solutions climatiques les plus puissantes peuvent provenir d'endroits inattendus et qu'aucune branche de la connaissance n'est trop isolée pour avoir un impact. Son design impressionnant côtoie des dizaines d'autres projets d'étudiants créatifs et dévoués qui se sont relevés pour relever ce défi d'innovation. Avec des prix comme celui-ci, le Wilkes Center for Climate Science and Policy ouvre la voie à la création d'un forum puissant pour les solutions et la collaboration climatiques interdisciplinaires, essentielles pour s'attaquer à un problème à multiples facettes comme le changement climatique.

Retrouvez l'histoire originale au College of Science.