Transcription
Depuis plus de 200 ans, nous produisons de l'électricité essentiellement de la même manière, en faisant bouillir de l'eau. Et cela a fonctionné. Aujourd'hui, les turbines à vapeur alimentent la grande majorité de l'électricité mondiale. Mais cette technologie, qui nous a alimentés depuis la révolution industrielle, pourrait ne pas suffire à nous fournir assez d'énergie dans cette nouvelle ère révolutionnaire de l'intelligence artificielle. Les centres de données d'IA font exploser la demande d'énergie. Les États-Unis seuls doivent augmenter leur production d'électricité de 165 % avant la fin de cette décennie, juste pour suivre le rythme. Nous devons trouver des moyens de produire plus d'énergie dès maintenant, sans prendre des années pour construire des installations entièrement nouvelles. Et c'est là que les choses deviennent intéressantes. En décembre 2025, la Chine a mis en marche le premier générateur d'énergie au CO2 supercritique commercial au monde. Il s'appelle Choten 1, et il a remplacé le générateur de vapeur dans une aciérie de la province de Guo. Les affirmations font état d'une augmentation de 85 % de l'efficacité et de 50 % de la production d'énergie. Même installation, meilleur générateur. Maintenant, c'est une série d'affirmations audacieuses, et je suis sincèrement enthousiasmé par le potentiel ici, mais ce n'est pas mon premier rodéo de technologie énergétique émergente, ni même mon cinquième ou dixième. Je sais que les premières mises en œuvre impressionnantes ne se traduisent pas toujours par un succès à long terme. Alors, quel est le véritable potentiel de quelque chose comme Choten 1 ? Pour répondre, creusons ce qu'est réellement le CO2 supercritique, comment il se compare à sa concurrence à vapeur, et si les défis d'ingénierie pourraient l'empêcher de répondre aux attentes. Je suis Matt Ferrell. Bienvenue sur Undecided. Cette vidéo vous est présentée par Incogn.
Actuellement, l'énergie à vapeur est responsable de 80 % de l'électricité mondiale. Et l'un des grands avantages des générateurs au CO2 supercritique est qu'ils peuvent être utilisés pour moderniser les centrales électriques existantes. Nous n'avons pas à construire des installations entièrement nouvelles, mais simplement à remplacer les générateurs par des plus efficaces. C'est un énorme avantage. Alors, qu'est-ce que le CO2 supercritique ? Eh bien, nous savons tous que le dioxyde de carbone est un gaz à température et pression normales. Lorsque vous le chauffez au-dessus de 31 °C et que vous le comprimez au-dessus de 7,39 mégapascals, ce qui correspond à peu près à la pression que vous ressentiriez à un demi-mile sous la surface de l'océan, il entre dans ce qu'on appelle un état supercritique. L'état supercritique est un peu super étrange. C'est plus la Floride que l'Ohio. Le CO2 supercritique se situe entre un gaz et un liquide. Il a la densité d'un liquide avec les propriétés d'écoulement d'un gaz. En fait, le CO2 est plus dense que la vapeur, il peut donc faire tourner une turbine plus efficacement, ce qui signifie que des turbines plus petites peuvent être utilisées, ce qui est tout simplement incroyable. Le concepteur en chef de Chutton 1, Hang Yongping, l'a dit ainsi. C'est comme un homme fort faisant du vélo recouvert d'huile lubrifiante, lui permettant de pédaler sans effort sur de longues distances. Je pense qu'ils voudront peut-être retravailler ce slogan. L'imagerie est un peu trop chargée à mon goût. Mais le sens derrière l'image est important. Le CO2 supercritique vous donne la puissance d'un liquide dense avec la faible friction d'un gaz. Et cette combinaison improbable est incroyablement utile. Je sais ce que certains d'entre vous pensent. Le dioxyde de carbone n'est-il pas mauvais ? Eh bien, oui, lorsqu'il est rejeté dans l'atmosphère de manière incontrôlée. Mais dans un générateur de CO2, le CO2 reste à l'intérieur d'un système fermé. Il est donc recyclé et jamais rejeté. Il est seulement utilisé comme fluide de travail contenu. De plus, le CO2 est abondant. En fait, nous en avons beaucoup trop et il peut être obtenu pratiquement n'importe où. Les générateurs à vapeur, en revanche, doivent être construits près d'une source d'eau. Donc, le CO2 n'est pas mauvais pour l'environnement, mais la vapeur propre et délicieuse ne l'est pas non plus.
Alors, pourquoi le CO2 pourrait-il avoir un avantage sur les générateurs à vapeur qui dominent depuis plus de 100 ans ? Eh bien, la raison est que le CO2 peut faire le même travail plus efficacement dans un format plus petit. Les générateurs à vapeur et au CO2 fonctionnent en se couplant à une source de chaleur comme un réacteur nucléaire, un procédé industriel ou l'énergie solaire concentrée. Les générateurs à vapeur utilisent cette chaleur pour transformer l'eau liquide en vapeur, qui utilise la force de son expansion pour faire tourner une turbine afin de produire de l'électricité. Pensez à la façon dont un boulanger pourrait utiliser la chaleur excédentaire d'un four pour aider le pain à lever plus rapidement. La chaleur excédentaire est mise au travail plutôt que d'être simplement gaspillée. Les détails comptent. Les générateurs à vapeur utilisent ce qu'on appelle le cycle de Rankine, tandis que les générateurs au CO2 utilisent le cycle de Brayton. La différence clé est que les cycles de Brayton au CO2 peuvent théoriquement atteindre des rendements de 50 % ou plus par rapport aux cycles de Rankine d'environ 33 %. Pour mettre cela en perspective, l'ingénieur des Sandia Labs, Daryl Fleming, note qu'une amélioration de seulement 1 % de l'efficacité d'une centrale électrique se traduit par des millions et des millions de dollars, car moins de carburant est brûlé pour produire la même quantité d'électricité. Rappelez-vous, 80 % de l'énergie mondiale est produite par la vapeur. Un saut potentiel de 33 % à 50 % n'est pas incrémental. C'est transformateur. En plus des gains d'efficacité, les systèmes au CO2 sont plus petits, n'ont pas besoin d'eau pour le refroidissement et peuvent fonctionner dans des climats arides, mais peuvent réellement livrer. Regardons qui construit ces choses. Et nous y viendrons. Mais d'abord, vous savez ce qui est aussi plus petit, plus efficace et fonctionne silencieusement en arrière-plan ? Les courtiers en données. Ils collectent et vendent vos informations personnelles sans que vous vous en rendiez compte. Et le sponsor d'aujourd'hui, Incogn, est la source du problème et restaure une partie de votre vie privée. Les courtiers en données collectent et vendent vos détails personnels à des personnes qui pourraient vouloir les utiliser contre vous. Nous parlons de menaces réelles comme le vol d'identité, les escroqueries et le harcèlement, car ils ne peuvent pas vous nuire s'ils ne peuvent pas vous trouver. Votre adresse de domicile, votre numéro de téléphone et les informations sur vos proches sont vendus en ligne, et les criminels utilisent ces données pour contracter des prêts frauduleux ou pour vous retrouver dans la vie réelle. Je me suis inscrit à Incogn, et je me suis simplement relaxé. C'est vraiment aussi simple que ça. Leur fonction de suppression personnalisée est vraiment cool. Vous pouvez signaler n'importe quel site Web où vos données sont exposées et ils les feront supprimer. J'ai constaté une baisse spectaculaire de la présence de mes informations en ligne. Si vous voulez reprendre le contrôle de vos informations personnelles, essayez Incogn. Utilisez le code undecided dans le lien ci-dessous et obtenez 60 % de réduction sur un abonnement annuel. Merci à Incogn et à vous tous pour votre soutien à la chaîne.
Très bien, alors entrons dans le vif du sujet de qui construit ces choses. La Chine a été la première à commercialiser l'énergie au CO2, mais le chemin n'a pas été facile. Cela a commencé en 2009 lorsque Wyanping, aujourd'hui scientifique en chef de CNNC et concepteur en chef de Choten 1, a reçu une note manuscrite lors d'un symposium d'un scientifique nucléaire de haut rang, Sunyufa. La note suggérait que le CO2 supercritique avait un potentiel de recherche. Wong a rappelé plus tard : "Le papier était léger, mais il me semblait lourd dans la main. Ce n'était pas un ordre, mais plutôt une voie possible vers l'avenir donnée par un scientifique expérimenté basé sur une profonde érudition." Maintenant, mes notes lors d'une conférence pourraient mener à un gribouillage. Cette note a déclenché un programme de développement de 17 ans à l'Institut de puissance nucléaire de Chine. L'équipe a rencontré des défis constants lorsqu'elle a réalisé qu'elle avait besoin d'échangeurs de chaleur de précision utilisant une technique de soudage spécialisée. Ils ont approché le principal fabricant mondial pour obtenir un accès, mais ils ont été refusés à l'atelier quatre fois de suite. Les pays qui pouvaient effectuer ce soudage sous vide avaient l'interdiction d'exporter la technologie vers la Chine. La réponse de Wong : "Cela nous a en fait rendus complètement lucides. Nous avons décidé de le faire nous-mêmes." Pour faire fonctionner leur cycle de Brayton, ils ont dû activer un cycle de brasage. Ce qui a suivi a été 829 jours de développement de soudage avec 218 paramètres testés, 27 cycles d'optimisation et 49 tests de processus. Mais le travail a porté ses fruits. La percée est survenue à l'hiver 2021 lorsque le processus de soudage a finalement été couronné de succès. Chon one a commencé son exploitation commerciale le 20 décembre 2025 à l'usine d'acier Shogong Schu Chong. Il fonctionne à la chaleur résiduelle de la fonderie d'acier, une chaleur qui était auparavant simplement perdue. CNNC revendique une augmentation de 85 % de l'efficacité et une augmentation de 50 % de la production d'énergie. Ce sont des chiffres impressionnants. La question supercritique pour l'avenir du CO2 supercritique est de savoir si cette performance peut se maintenir sur des années de fonctionnement continu. Mais nous y reviendrons dans une minute. La Chine n'est pas seule à poursuivre cette technologie. Les États-Unis travaillent sur l'énergie au CO2 depuis encore plus longtemps, mais avec une philosophie très différente. Les Sandia National Labs au Nouveau-Mexique travaillent sur ce sujet depuis la fin des années 2000. Leur chercheur fondateur, Steve Wright, a construit la première boucle d'essai au CO2 des États-Unis et a offert une description que j'adore absolument. "Cette machine est essentiellement un réacteur d'avion fonctionnant avec un liquide chaud." Ce n'est pas une mauvaise façon d'y penser. Probablement une meilleure image que le type musclé huilé gagnant un tour de France. Le moment le plus marquant du programme est survenu en avril 2022 lorsque Darren Fleming, qui a passé plus de 14 ans sur les cycles de Brayton au CO2, a mené son équipe à fournir pour la première fois de l'électricité générée par CO2 au réseau. 10 kW pendant 50 minutes continues. Mais voici le genre de détail que j'aime. Fleming a découvert que les composants électroniques d'ascenseurs commerciaux utilisaient des rotors à aimants permanents similaires à leur équipement. Pour alimenter le réseau, vous avez besoin d'électronique capable de convertir la sortie d'une turbine à haute vitesse en courant alternatif synchronisé de 60 Hz. Les variateurs d'ascenseurs faisaient exactement cela pour le même type de rotors à aimants permanents que la turbine de Fleming allait utiliser. Cette idée intersectorielle a aidé à résoudre le problème de synchronisation du réseau sur lequel ils étaient bloqués. Rodney Keith, responsable des concepts nucléaires avancés chez Sandia, a mis cette étape en perspective. "C'est peut-être juste un pont flottant, mais c'est définitivement un pont." Depuis lors, le projet de démonstration STEP a généré 4 mégawatts de puissance synchronisée au réseau en octobre 2024. Ils visent des conceptions commerciales d'ici le milieu des années 2030.
Alors, si ça marche, pourquoi les États-Unis n'ont-ils pas poussé à sa commercialisation ? Eh bien, cela se résume à la philosophie. Les États-Unis ont tendance à privilégier des tests méthodiques à long terme. Essentiellement, résoudre les problèmes avant de passer à l'échelle supérieure. La Chine suit une approche différente basée sur l'idiome "traverser la rivière en tâtonnant". Construire, déployer commercialement et résoudre les problèmes au fur et à mesure. Si cela fonctionne, passer à l'échelle rapidement. Si cela ne fonctionne pas, vous coupez vos pertes. La construction de Chotton one est un tâtonnement. Et si cela tient le coup, ils continueront à traverser la rivière. Une technologie de générateur avec une haute efficacité, une empreinte minuscule, une utilisation productive du CO2 et la capacité de fonctionner dans des climats secs semble-t-elle trop belle pour être vraie ? Eh bien, ça pourrait l'être. L'analyste de Clean Technica, Michael Bernard, l'a dit sans ambages. "Un système qui commence à 15 mégawatts et délivre 13 mégawatts après plusieurs années avec des coûts de maintenance croissants n'est pas une percée. C'est une façon coûteuse de récupérer la chaleur résiduelle." C'est un défi légitime et il mérite un examen honnête. Le problème avec les systèmes au CO2 est que la plupart des problèmes ne se manifestent pas par des défaillances spectaculaires. Ils s'installent sous forme de pertes d'efficacité qui s'accumulent avec le temps. Les échangeurs de chaleur de précision que l'équipe de Hang a passé 829 jours à perfectionner sont une prouesse d'ingénierie en soi. Avec des micro-rainures gravées avec précision et des plaques soudées sous vide et par diffusion, elles sont presque impossibles à réparer. Si l'une d'elles fuit, l'unité entière est remplacée. Les joints sont tout aussi délicats. Comparé à la climatisation de votre voiture, s'il y a un mauvais joint, le fréon fuit et le système ne peut pas refroidir efficacement. Même principe ici. Le CO2 se déplace comme un gaz et peut fuir par de minuscules imperfections. La chaleur et la pression intenses rendent ces fuites plus probables avec le temps. La corrosion est une autre préoccupation sérieuse. Le CO2 est inerte lorsqu'il est sec et pur, mais de petites quantités de contaminants peuvent modifier la chimie de manière drastique, provoquant une corrosion localisée qui se manifeste par des pannes soudaines plutôt que par un déclin progressif. Le CO2 peut même s'absorber dans l'eau pure, la transformant en acide carbonique, qui a longtemps affecté les échangeurs de chaleur commerciaux. Il fait des ravages sur les composants de précision. Ensuite, il y a la machinerie elle-même. Le cycle de Brayton dépend de surfaces lisses. Donc, même de petits changements affectent la façon dont le fluide circule dans le compresseur. Comme la différence entre rouler en skateboard sur du béton ou sur du gravier. Les surfaces rugueuses nécessitent encore plus d'énergie pour maintenir la pression. Non seulement cela, mais de nombreux composants, y compris les roulements, doivent être ré-conçus pour le CO2. Les roulements conventionnels ne fonctionnent pas bien dans cet environnement. Bien que Sandia et ses affiliés aient conçu de nouveaux roulements à film qui sont un peu plus adaptés, il y a encore de nombreux défis comme celui-ci. Pour Choten 1, la contamination par sa source de chaleur pourrait être le plus grand risque à court terme. Le générateur utilise les gaz d'échappement de l'aciérie, qui transportent des déchets qui forment une couche sur les surfaces de transfert de chaleur. C'est un peu comme le calcaire dans votre pommeau de douche. Cela réduit l'efficacité avec le temps. Sur 2 à 5 ans, les analystes estiment une probabilité de 40 à 70 % de dégradation mesurable des performances pour un système comme Chen 1. Le défi direct de Bernard : "Si les installations chinoises et américaines fonctionnent pendant 5 ans sans réduction significative des performances et sans coûts de maintenance élevés, je serai surpris." C'est un défi légitime et honnêtement, je pense que c'est exactement la bonne question à poser.
Alors voici mon point de vue. Suis-je enthousiasmé par la production d'énergie au CO2 supercritique ? Absolument. L'idée que vous pourriez moderniser des installations existantes en remplaçant le générateur de vapeur par quelque chose de plus efficace sans construire à partir de zéro, c'est incroyablement attrayant à une époque où nous avons besoin de plus d'énergie, comme comme hier. J'ai des amis dont les factures d'électricité ont considérablement augmenté à cause de la folie de la construction de centres de données. Et la perspective de rendre la production d'énergie moins chère et plus efficace est quelque chose qui me tient à cœur. Mais je suis aussi un pragmatique. La technologie est théoriquement promise depuis les années 1960 et il a fallu jusqu'en décembre 2025 pour que quelqu'un construise une unité commerciale. Je ne suis pas sûr que la technologie devrait collecter des fonds de R&D limités alors qu'elle pourrait collecter la sécurité sociale. Les défis d'ingénierie sont réels et nous ne saurons pas si Chotton 1 livre vraiment tant qu'il n'aura pas fonctionné pendant des années. Le défi de 5 ans de Bernard est le test qui compte. Là où je suis vraiment intrigué, ce sont les applications au-delà des fonderies d'acier. Les installations nucléaires avec des intrants soigneusement contrôlés, l'énergie solaire concentrée. Et voici une chose qui me taraude. Les centres de données. Les États-Unis construisent des centres de données d'IA à un rythme effarant. Nous parlons de 33,5 millions de pieds carrés de centres de données rien qu'en 2025. Ils génèrent une chaleur résiduelle énorme. Alors, les générateurs au CO2 pourraient-ils aider à compenser une partie de cette demande d'énergie croissante qu'ils créent ? L'énergie au CO2 ne remplacera pas la vapeur du jour au lendemain. Mais si Chotton 1 tient le coup et si le programme STEP tient son calendrier des années 2030, nous pourrions assister au début de quelque chose de véritablement transformateur. Je garderai un œil attentif sur celui-ci. Mais qu'en pensez-vous ? Pensez-vous que le CO2 pourrait avoir un impact ? Laissez vos commentaires et faites-le moi savoir. Et vous pouvez également consulter des versions étendues de mes vidéos sur Patreon. Si les vidéos écrites et recherchées par des humains vous importent, le soutien de Patreon aide énormément. En parlant de cela, un grand bienvenue et merci à la nouvelle productrice Alice Brown. Les liens sont dans la description si vous souhaitez vous joindre, mais le simple fait de regarder, de vous abonner et d'activer les notifications est génial. Et consultez mon podcast de suivi, Still to be Determined, nous continuerons cette conversation. Gardez l'esprit ouvert. Restez curieux.