Intégration des méthodes de conversion photovoltaïque et photoélectrochimique pour une utilisation panchromatique de la lumière du soleil – ICARUS

ICARUS concevra et réalisera un dispositif prototype autonome (TRL 5) capable de produire simultanément de l’électricité et de l’hydrogène directement à partir du rayonnement solaire et de l’eau, grâce à un couplage synergique de modules photoélectrochimiques et photovoltaïques. La gestion intelligente du rayonnement solaire au moyen d’un concentrateur dichroïque permettra d’optimiser le rendement global de conversion.

Les avancées scientifiques et technologiques obtenues dans le cadre du projet devraient se traduire par des publications dans des revues scientifiques internationales ainsi que par plusieurs communications lors de conférences. L’impact principal d’ICARUS concerne le développement de solutions hybrides d’énergies renouvelables visant la production conjointe d’électricité et de vecteurs énergétiques, en particulier de carburants solaires tels que l’hydrogène. En outre, la technologie proposée offre une solution de stockage d’énergie à faible emprise au sol, sous forme solide, reposant sur l’utilisation d’hydrures métalliques capables de libérer de l’hydrogène à la demande afin de produire de l’électricité dans une pile à combustible lorsque nécessaire.

La gestion du spectre solaire et la synergie photoélectrochimique–photovoltaïque (PEC–PV) développées dans ICARUS offrent des avantages significatifs au-delà de l’état de l’art représenté par les solutions existantes, notamment :

• la conversion directe de l’énergie solaire en hydrogène permet d’améliorer le rendement par rapport aux systèmes reposant sur des cellules photovoltaïques à jonction unique couplées à des électrolyseurs ;
• les photoanodes de type MOS peuvent être fabriquées par des procédés de chimie en voie humide, en utilisant majoritairement des éléments abondants dans la croûte terrestre, tandis que les dispositifs photovoltaïques à double jonction nécessitent de grandes quantités de matières premières critiques ainsi que des méthodes de production coûteuses et complexes ;
• l’électricité et l’hydrogène peuvent être produits simultanément, sans perte de rendement global, y compris à des échelles petite à moyenne ;
• l’intégration d’un réflecteur arrière au niveau de la photoanode permet d’augmenter l’absorption lumineuse par des couches minces.

L'objectif général d'ICARUS est stratégique pour l'ambition et la vision à long terme de l'Europe de devenir indépendante des combustibles fossiles tout en renforçant son leadership dans les énergies renouvelables et les technologies de l'hydrogène. ICARUS vise à développer l'une des technologies de la prochaine génération qui représentera les piliers de la transition vers l'énergie propre visant à atteindre la neutralité carbone d'ici 2050.
L'objectif scientifique d'ICARUS est d'accroître l'efficacité de la conversion de l'énergie solaire et la viabilité économique de l'hydrogène vert grâce à la production simultanée et synergique d'énergie électrique et d'hydrogène solaire, entièrement à partir de la lumière du soleil et de l'eau. Cet objectif ambitieux sera atteint grâce à l'intégration intelligente de la séparation de l'eau par voie photoélectrochimique (PEC) et de la production d'énergie photovoltaïque (PV), en utilisant un système dichroïque de séparation du spectre pour concentrer le rayonnement solaire de courte longueur d'onde sur le réacteur PEC, tout en transmettant les photons de grande longueur d'onde au module PV. Cette approche garantit une utilisation panchromatique de la lumière solaire avec une efficacité quantique spectrale optimisée. ICARUS construira un prototype pour valider la technologie dans un environnement pertinent ; le système intégrera le stockage de l'hydrogène dans des conditions quasi ambiantes à l'aide d'un réservoir d'hydrure métallique.
Le projet apportera une contribution essentielle à la transition vers l'énergie propre en abordant le thème des "solutions hybrides-RES" dans le module 03A de l'appel à propositions, qui se concentre sur la production d'électricité combinée à des vecteurs d'énergie propre.