Thermochemical heat storage : study of the water sorption properties of different materials

Le défi énergétique imposé par l’épuisement des énergies fossiles d’une part et par leur consommation croissante d’autre part, a favorisé l’apparition d’une gestion optimale de l’énergie basée sur l’utilisation de ressources propres et renouvelables telles que l’énergie solaire. Le secteur du bâtiment est le principal consommateur d’énergie. Une grande partie de cette énergie est consommée par les systèmes de chauffage. Par conséquent, une bonne gestion peut être réalisée grâce à l’utilisation des technologies de stockage thermochimique d’énergie. L’avantage principal d’utiliser ce type de système est la possibilité de stocker de la chaleur pendant la période de disponibilité maximale du rayonnement solaire, en été (étape de déshydratation) et la libérer pour chauffer une maison pendant la période hivernale (étape d’hydratation). L’amélioration des propriétés d’adsorption des matériaux pour le stockage thermochimique de la chaleur est l’objectif principal de ce travail. L’utilisation d’adsorbants poreux tels que les zéolithes dans le domaine du stockage saisonnier de la chaleur s’avère être une solution intéressante pour la réduction de la consommation d’énergie. Par ailleurs, le développement de nouveaux matériaux composites à base d’hydrate de sel a été étudié pour améliorer les capacités de stockage à la fois des matrices mésoporeuses et des hydrates salins. Une comparaison entre les différentes séries de matériaux de stockage thermochimiques sélectionnés et synthétisés a été réalisée, concernant l’impact de la nature et de la quantité de sel ajouté et des propriétés physicochimiques des matériaux poreux sur leurs densités de stockage de chaleur et leurs capacités de sorption d’eau. Afin de mieux comprendre le comportement d’adsorption-désorption, les différents types de matériaux de stockage sélectionnés ont été caractérisés d’un point de vue structural et textural en utilisant des techniques appropriées et par adsorption de la vapeur d’eau en utilisant un analyseur thermique TG-DSC 111 de Setaram. Des cycles successifs d’hydratation (à 20°C) / déshydratation (à 150°C) ont été effectuésThe energy challenge imposed by exhaustion of fossil fuels and their increasing consumption has favored the emergence of optimal energy management based on the use of alternative resources such as solar energy. The household sector is the main consumer of energy. A large part of this energy is consumed by heating systems. Therefore, good management can be achieved through the use of thermochemical energy storage technology. The main advantage to use this type of system is the possibility to store heat during the maximum availability of solar radiation in summer (dehydration step) and release the energy on demand for heating houses in winter (hydration step). The improvement of the adsorption properties of materials for thermochemical heat storage is the main objective of this work. The use of porous adsorbents such as zeolites in the field of seasonal heat storage is an attractive solution for the reducing of energy consumption. On the other hand, the development of new composite materials based on hydrate salt is made to improve the heat storage capacities of both pure mesoporous host matrix and hydrate salt. A comparison among different series of thermochemical storage materials selected and synthesized was done by analyzing the impact of salt addition and physico-chemical properties of porous materials on the heat storage and water sorption performances. In order to understand the adsorption-desorption behavior, different kinds of materials were characterized in their structural, textural and surface properties by using appropriate techniques and by adsorption of water vapor using a Setaram TG-DSC 111 apparatus. Successive cycles of hydration (at 20°C) / dehydration (at 150 °C) were performe