Brevet FR3030119A1 — publié le 20160617

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE ELECTRODE METALLIQUE A PARTIR D'EAU DE MER ET DE PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE AVEC L'ELECTRODE METALLIQUE La présente invention concerne un procédé de production d'énergie, en particulier un procédé de fabrication d'une électrode métallique à partir d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique. Avec la croissance de la population, l'industrialisation et l'urbanisation, la consommation d'énergie a augmenté rapidement ces dernières années, et la pénurie d'énergie devient un problème imminent. Les centrales nucléaires utilisées dans de nombreux pays développés ont entraîné les problèmes de pollution thermique et de déchets nucléaires. En raison des ressources d'énergie épuisées et de la protection de l'environnement, de nombreux pays ont prêté attention à la recherche et à l'utilisation d'énergie verte, et de nombreux chercheurs se sont consacrés au développement de nouvelles sources d'énergie pour remplacer les combustibles fossiles. Les centrales thermiques classiques utilisent 25 l'énergie thermique générée par les combustibles fossiles, tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel, pour convertir l'eau en vapeur, et la vapeur fait fonctionner une turbine à gaz. Ensuite, la turbine à gaz amène en outre un générateur d'énergie à produire de l'énergie électrique. 30 La publication de la demande de brevet américain N°20140013746 peut exemplifier la technologie classique. Les centrales nucléaires classiques utilisent de l'uranium-235 comme combustible nucléaire, lequel subit une fission 3030119 2 nucléaire à l'intérieur d'un réacteur nucléaire et libère une grande quantité d'énergie thermique. Ensuite, de l'eau de refroidissement circulant à haute pression absorbe l'énergie thermique et se transforme en vapeur dans un 5 générateur de vapeur. Ensuite, la vapeur haute température et haute pression fait fonctionner une turbine à gaz. Ensuite, la turbine à gaz amène encore un générateur d'énergie à produire de l'énergie électrique. La publication de la demande de brevet américain N°20130121449 10 peut exemplifier la technologie classique. Cependant, les centrales thermiques basées sur des combustibles fossiles génèrent de la chaleur perdue, du dioxyde de carbone, du dioxyde de soufre, des particules en suspension, etc., et provoquent une pollution de l'air. En 15 outre, la réserve de combustibles fossiles n'est pas illimitée et sera un jour épuisée. Les réacteurs des centrales nucléaires portent une grande quantité de matières radioactives, qui se transformeront en déchets nucléaires après l'épuisement du combustible nucléaire. De 20 plus, les centrales nucléaires provoquent une pollution thermique très grave. Par conséquent, le développement de technologies de génération d'énergie satisfaisant les demandes d'énergie verte et de protection de l'environnement est une mission urgente pour les gouvernements et les chercheurs. La présente invention vise à résoudre le problème de pollution de l'air causé par les centrales thermiques classiques utilisant un combustible fossile et le problème de traitement de déchets nucléaires causé par les centrales nucléaires classiques. Pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, il est proposé, conformément à la présente invention, un procédé de fabrication d'une électrode métallique à partir 3030119 3 d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique, ce procédé comprenant : Etape 1 : se procurer un système de production d'énergie au voisinage d'une mer, lequel système de 5 production d'énergie comprend un appareil de traitement d'eau de mer ayant un premier collecteur solaire, un appareil de précipitation ayant un deuxième collecteur solaire, un appareil de séparation ayant un troisième 10 collecteur solaire, et un appareil de production d'énergie, l'appareil de production d'énergie comprenant un support de première électrode, une seconde électrode disposée à l'opposé du support de première électrode et comprenant une matière 15 carbonée, et un électrolyte ; Etape 2 : obtenir de l'eau de mer en provenance de la mer, guider l'eau de mer jusque dans l'appareil de traitement d'eau de mer, et chauffer l'eau de mer à une première température se situant dans 20 la plage de 100 à 120°C pour obtenir de l'eau de mer concentrée ; Etape 3 : guider l'eau de mer concentrée jusque dans l'appareil de précipitation, et ajouter un agent de précipitation à l'eau de mer concentrée pour 25 obtenir une première matière cristalline comprenant de l'hydroxyde de magnésium (Mg (OH) 2) Etape 4 : chauffer la première matière cristalline à une deuxième température se situant dans la plage de 30 600 à 1100°C pour éliminer l'eau de la première matière cristalline et convertir la première matière cristalline en une seconde matière cristalline comprenant de l'oxyde de magnésium ; 3030119 4 Etape 5 : transporter la seconde matière cristalline jusque dans l'appareil de séparation, ajouter un agent réducteur à la seconde matière cristalline, chauffer la seconde matière cristalline à une 5 troisième température se situant dans la plage de 1200 à 2400°C pour convertir la seconde matière cristalline en magnésium métallique ; et Etape 6 : transporter le magnésium métallique jusque dans l'appareil de production d'énergie, le magnésium 10 métallique étant disposé sur le support de première électrode pour agir comme première électrode, et la première électrode et la seconde électrode réagissant avec l'électrolyte pour former des réactions électrochimiques, 15 lesquelles génèrent une chute de potentiel électrique entre la première électrode et la seconde électrode et produisent en sortie de l'énergie électrique. Les processus de chauffage de l'Etape 2, de 20 l'Etape 4 et de l'Etape 5 peuvent être entrepris sous une pression atmosphérique normale. Dans un mode de réalisation, les processus de chauffage de l'Etape 2, de l'Etape 4 et de l'Etape 5 peuvent être entrepris sous une pression atmosphérique 25 normale. Dans un mode de réalisation, la matière carbonée utilisée dans l'Etape 1 peut être choisie dans un groupe consistant en nanotubes de carbone, graphite, fibres de carbone et noir de carbone. 30 Dans un mode de réalisation, l'agent de précipitation utilisé dans l'Etape 3 peut être choisi dans un groupe consistant en hydroxyde de calcium, carbonate de calcium et oxyde de calcium. 3030119 5 Dans un mode de réalisation, l'agent réducteur utilisé dans l'Etape 5 peut être choisi dans un groupe consistant en silicium, fer, chrome, carbone et carbure de calcium. 5 Dans un mode de réalisation, le système de production d'énergie peut comprendre un module de stockage électrique, le module de stockage électrique recevant et stockant l'énergie électrique produite en sortie dans l'Etape 6, ce par quoi l'énergie électrique peut être 10 utilisée ultérieurement et son efficacité d'utilisation est améliorée. Par conséquent, la présente invention a les avantages suivants : 1. la présente invention consiste en un procédé de 15 production d'énergie protégeant l'environnement, qui n'utilise pas de combustible fossile ni de combustible nucléaire, ne présentant pas les problèmes de pollution de l'air et de traitement de déchets nucléaires ; 20 2. la ressource utilisée par la présente invention est de l'eau de mer ayant une réserve abondante et une alimentation stable par comparaison avec d'autres ressources, telles qu'un combustible fossile et un combustible nucléaire ; l'eau de mer peut être fournie 25 de façon continue au système de production d'énergie d'eau de mer pour générer de façon continue du magnésium métallique comme première électrode, d'où il résulte que la présente invention n'est pas susceptible de subir une pénurie de ressource de 30 production d'énergie. Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après à titre indicatif et 3030119 6 non limitatif, un mode de réalisation particulier avec référence au dessin annexé. Sur ce dessin : 5 La Figure unique est un diagramme représentant schématiquement les processus et les appareils utilisés par un procédé de fabrication d'une électrode métallique partir d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique selon un mode de réalisation de 10 la présente invention. Le contenu technique de la présente invention sera décrit en détail ci-après conjointement avec le dessin. La Figure unique montre un diagramme représentant 15 schématiquement les processus et les appareils utilisés par un procédé de fabrication d'une électrode métallique à partir d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique selon un mode de réalisation de la présente invention. Le procédé de la présente invention 20 comprend les Etapes 1 à 6. A l'Etape 1, on se procure un système de production d'énergie voisin d'une mer. Par exemple, le système de production d'énergie est installé sur le rivage au voisinage d'une mer ou sur une île entourée par un 25 océan. Le système de production d'énergie comprend un appareil 10 de traitement d'eau de mer ayant un dispositif 11 d'acquisition d'eau de mer et un dispositif 12 de concentration d'eau de mer, un appareil de précipitation 20, un appareil de séparation 30 et un appareil 40 de 30 production d'énergie. A l'Etape 2, on utilise le dispositif 11 d'acquisition d'eau de mer de l'appareil 10 de traitement d'eau de mer pour obtenir de l'eau de mer 1 en provenance 3030119 7 de la mer, le dispositif 11 d'acquisition d'eau de mer comprenant une extrémité d'entrée atteignant la mer, une extrémité de sortie, opposée à l'extrémité d'entrée, et une pompe, et l'eau de mer 1 étant pompée par la pompe à 5 travers l'extrémité d'entrée jusqu'au dispositif 11 d'acquisition d'eau de mer, puis s'écoulant hors du dispositif 11 d'acquisition d'eau de mer à travers l'extrémité de sortie jusqu'au dispositif 12 de concentration d'eau de mer, et le dispositif 12 de 10 concentration d'eau de mer comprenant un premier collecteur solaire 121 ; on utilise le premier collecteur solaire 121 pour chauffer l'eau de mer 1 à une première température se situant dans la plage de 100 à 120°C sous une pression atmosphérique normale pour faire évaporer une partie de 15 l'eau à partir de l'eau de mer 1 et obtenir de l'eau de mer concentrée 2. A l'Etape 3, on guide l'eau de mer concentrée 2 jusqu'à l'appareil de précipitation 20, l'appareil de précipitation 20 étant relié à l'appareil 10 de traitement 20 d'eau de mer et comprenant une chambre ayant un premier réservoir de matière et un deuxième collecteur solaire 22, et la chambre 21 étant reliée au dispositif 12 de concentration d'eau de mer et recevant l'eau de mer concentrée 2 en provenance du dispositif 12 de 25 concentration d'eau de mer ; on ajoute un agent de précipitation au premier réservoir de matière pour obtenir une première matière cristalline comprenant de l'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2). Dans un mode de réalisation, l'agent de précipitation est choisi dans un groupe 30 consistant en hydroxyde de calcium, carbonate de calcium et oxyde de calcium. A l'Etape 4, on met en marche le deuxième collecteur solaire 22 pour chauffer la première matière 3030119 8 cristalline à une deuxième température se situant dans la plage de 600 à 1100°C sous une pression atmosphérique normale pour générer une précipitation d'un oxyde métallique 3, l'oxyde métallique 3 étant une seconde 5 matière cristalline comprenant de l'oxyde de magnésium. A l'Etape 5, on transporte la seconde matière cristalline jusque dans l'appareil de séparation 30, l'appareil de séparation 30 comprenant un second réservoir de matière et un troisième collecteur solaire 31 ; on 10 ajoute un agent réducteur dans le second réservoir de matière ; on utilise le troisième collecteur solaire 31 pour chauffer la seconde matière cristalline à une troisième température se situant dans la plage de 1200 à 2400°C pour permettre une réaction redox entre l'agent 15 réducteur et la seconde matière cristalline et convertir la seconde matière cristalline en un métal 4. Dans un mode de réalisation, l'agent réducteur est choisi dans un groupe consistant en silicium, fer, chrome, carbone et carbure de calcium. Dans un mode de réalisation, le carbone est 20 utilisé comme agent réducteur et réduit l'oxyde de magnésium en magnésium métallique. A l'Etape 6, on transporte le magnésium métallique jusque dans l'appareil 40 de production d'énergie, l'appareil 40 de production d'énergie comprenant 25 une première électrode 41, une seconde électrode 42 et un électrolyte 43, et un support de première électrode portant le magnésium métallique pour former la première électrode 41, et la première électrode 41 et la seconde électrode 42 réagissant avec l'électrolyte 43 pour former des réactions 30 électrochimiques, lesquelles génèrent une chute de potentiel électrique entre la première électrode 41 et la seconde électrode 42 et produisent en sortie de l'énergie électrique. Dans un mode de réalisation, la matière 3030119 9 carbonée est choisie dans un groupe consistant en nanotubes de carbone, graphite, fibres de carbone, noir de carbone et autres types de carbone pour agir comme cathode. Dans un mode de réalisation, l'eau de mer 1 est directement adoptée 5 comme électrolyte 43. Dans d'autres modes de réalisation, une solution comprenant des cations et des anions est utilisée comme électrolyte 43. Pendant la production d'énergie dans l'Etape 6, une réaction électrochimique entre l'électrolyte 43 et la 10 première électrode 41 et une réaction électrochimique entre l'électrolyte 43 et la seconde électrode 42 ont lieu simultanément. La réaction électrochimique entre l'électrolyte 43 et la première électrode 41 est : 15 Mg + 2 H2O - Mg(OH)2+ H2 et la réaction électrochimique entre l'électrolyte 43 et la seconde électrode 42 est : 20 02 + 2H20 +4e- - 4 OH- Ainsi, une boucle de production d'énergie est établie par l'intermédiaire de la réaction de l'électrolyte 43 et du métal à la première électrode 41, et de la 25 réaction simultanée de l'électrolyte 43 et du gaz à la seconde électrode 42. Par là, une chute de potentiel électrique est générée de façon continue entre la première électrode 41 et la seconde électrode 42 pour produire en sortie, de façon continue, de l'énergie électrique. 30 Dans un mode de réalisation, chacun parmi le premier collecteur solaire 121, le deuxième collecteur solaire 22 et le troisième collecteur solaire 31, utilisés dans les Etapes respectivement 2, 4 et 5, comprend une 3030119 10 pluralité de réflecteurs plans, un dispositif chauffant et une lentille de condenseur focalisant la lumière du soleil réfléchie par les réflecteurs plans sur le dispositif chauffant. Dans un mode de réalisation, le système de 5 production d'énergie utilisé par le procédé de la présente invention comprend un module de stockage électrique relié à l'appareil 40 de production d'énergie. Le module de stockage électrique reçoit et stocke l'énergie électrique produite en sortie dans l'Etape 6, ce par quoi l'énergie 10 électrique peut être utilisée ultérieurement et son efficacité d'utilisation est améliorée. En conclusion, la présente invention propose un nouveau procédé de production d'énergie - un procédé de fabrication d'une électrode métallique à partir d'eau de 15 mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique. Par les différentes étapes de la présente invention, un métal est fabriqué à partir d'eau de mer pour agir comme première électrode d'un appareil de production d'énergie. La première électrode et une seconde électrode 20 réagissent avec un électrolyte pour produire en sortie de l'énergie électrique. L'eau de mer est une ressource inépuisable capable de fournir de façon continue du métal pour la première électrode. Par conséquent, le procédé de la présente invention permet de produire de façon continue 25 de l'énergie électrique, sans utiliser de combustible fossile ni de combustible nucléaire, et ne présentant pas les problèmes de pollution de l'air et de traitement de déchets nucléaires. De ce fait, la présente invention satisfait les demandes d'énergie verte et de protection 30 environnementale. La présente invention a été décrite en détail avec les modes de réalisation ci-dessus. Cependant, ces modes de réalisation ne sont qu'illustratifs de la présente 3030119 11 invention, mais n'en limitent pas la portée. Toute modification équivalente ou variante selon l'esprit de la présente invention doit également être incluse dans le cadre de la présente invention. 5 REVENDICATIONS1 - Procédé de fabrication d'une électrode métallique à partir d'eau de mer et de production d'énergie 5 électrique avec l'électrode métallique, caractérisé par le fait qu'il comprend : Etape 1 : se procurer un système de production d'énergie au voisinage d'une mer, lequel système de production d'énergie comprend un appareil (10) 10 de traitement d'eau de mer ayant un premier collecteur solaire (21), un appareil de précipitation (20) ayant un deuxième collecteur solaire (22), un appareil de séparation (30) ayant un troisième collecteur solaire (31), et 15 un appareil (40) de production d'énergie, l'appareil (40) de production d'énergie comprenant un support de première électrode, une seconde électrode (42) disposée à l'opposé du support de première électrode et comprenant une 20 matière carbonée, et un électrolyte (43) ; Etape 2 : obtenir de l'eau de mer en provenance de la mer, guider l'eau de mer jusque dans l'appareil (10) de traitement d'eau de mer, et chauffer l'eau de mer à une première température se situant dans 25 la plage de 100 à 120°C pour obtenir de l'eau de mer concentrée ; Etape 3 : guider l'eau de mer concentrée jusque dans l'appareil de précipitation (20), et ajouter un agent de précipitation à l'eau de mer concentrée 30 pour obtenir une première matière cristalline comprenant de l'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2) 3030119 13 Etape 4 : chauffer la première matière cristalline à une deuxième température se situant dans la plage de 600 à 1100°C pour éliminer l'eau de la première matière cristalline et convertir la première matière cristalline en une seconde matière cristalline comprenant de l'oxyde de magnésium ; Etape 5 : transporter la seconde matière cristalline jusque dans l'appareil de séparation (30), ajouter un agent réducteur à la seconde matière cristalline, chauffer la seconde matière cristalline une troisième température se situant dans la plage de 1200 à 2400°C pour convertir la seconde matière cristalline en magnésium métallique ; et Etape 6 : transporter le magnésium métallique jusque dans l'appareil (40) de production d'énergie, le magnésium métallique étant disposé sur le support de première électrode pour agir comme première électrode (41), et la première électrode (41) et la seconde électrode (42) réagissant avec l'électrolyte (43) pour former des réactions électrochimiques, lesquelles génèrent une chute de potentiel électrique entre la première électrode (41) et la seconde électrode (42) et produisent en sortie de l'énergie électrique. 2 - Procédé de fabrication d'une électrode métallique à partir d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les processus de chauffage de l'Etape 2, de l'Etape 4 et de l'Etape 5 sont entrepris sous une pression atmosphérique normale. 3030119 14 3 - Procédé de fabrication d'une électrode métallique à partir d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique, selon la 5 revendication 1, caractérisé par le fait que la matière carbonée est choisie dans un groupe consistant en nanotubes de carbone, graphite, fibres de carbone et noir de carbone. 4 - Procédé de fabrication d'une électrode 10 métallique à partir d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'agent de précipitation est choisi dans un groupe consistant en hydroxyde de calcium, carbonate de calcium et oxyde de 15 calcium. 5 - Procédé de fabrication d'une électrode métallique à partir d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique, selon la 20 revendication 1, caractérisé par le fait que l'agent réducteur est choisi dans un groupe consistant en silicium, fer, chrome, carbone et carbure de calcium. 6 - Procédé de fabrication d'une électrode 25 métallique à partir d'eau de mer et de production d'énergie électrique avec l'électrode métallique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le système de production d'énergie comprend un module de stockage électrique, le module de stockage recevant et stockant 30 l'énergie électrique produite en sortie dans l'Etape 6.