Most agree that in order to reduce greenhouse gas emissions the world needs to shift the energy industry to renewable sources. Yet even if solar and wind energy systems are gaining momentum worldwide, their reliance on nature, which is unpredictable, limits their scope of application.
In 2016, China’s National Energy Bureau and the National Development and Reform Commission stated that more than 50 billion kilowatts of wind energy were being wasted, half of that during winter. This would be enough energy to heat 500 square kilometres, or a surface area roughly the size of Spain.
To prevent such waste, a Chinese company, Pioneer Energy, has developed a thermal energy storage technology that can harvest energy through high-density phase change heat storage.
While this might sound confusing, the principle is actually simple: phase change materials (PCM) such as water or paraffin wax are substances able to transform from one physical state to another depending on the temperature. They can store and release thermal energy when they undergo a process of melting and freezing.
Imagine a wall filled with wax: energy input melts the wax, making its phase change from solid to liquid. Once you stop applying energy (from a solar panel, for instance) the wax will cool back to its solid phase, releasing the stored energy as heat.
Founded in 2011 in Zhangjiagang, in the province of Jiangsu, Pioneer Energy now applies its innovative technology to households, commercial and industrial buildings.
They supply entire agricultural freeholds with their heating solutions, as well as 15 government buildings and 22 schools in Qianxi County. In addition to heating shopping malls and modern high-rise office buildings, they cater to provincial energy needs. The company has also established a tech center to enhance and research phase-change material in Shanghai.
Pioneer Energy’s founder and CEO, Hong Wang, previously worked in the energy, environmental and medical sectors. His company’s business model now leans towards energy, relying on four major segments of the industry — energy production, transport, storage and application. It is positioned to capitalise on a rapidly growing market.
Valued at approximately USD 3.72 billion in 2017, the latent heat thermal energy storage market is expected to generate revenues of around USD 7.45 billion by the end of 2024, according to a Zion Market Research study. However, Wang believes the industry will outgrow these predictions.
The company’s CEO identifies three intertwined areas, or “drivers,” where he is hoping for Pioneer Energy to spearhead energy and environmental solutions. These are reducing air pollution, offering clean energy alternatives, and focusing on increasingly efficient energy generation and storage – since their unit cost by kilowatt-hour is three percent that of electrochemical batteries.
In addition, Pioneer Energy’s proprietary Heatrix and Lansheen heating transference technology provides an easy way to offset the intermittency of renewable energy sources, balancing energy demand between daytime and nighttime, or summer and winter. It can heat houses and businesses as large as 1,200 square metres for 8 to 16 hours with stored energy.
Recently, the company helped convert the heating system of the Tianjin Tower, a major skyscraper in Tianjin City. Previously, the Tianjin Tower was paying USD 9.6 million per year for utilities. Since converting to Pioneer Energy’s system, they have saved USD 5.5 million, or 70 percent of their original heating bill.
The good news for Wang is that phase change materials are likely to see an uptick in price as China’s winter arrives. In terms of the financial market, the country fulfills its energy needs by paying spot prices for energy supply.
While market demands for energy are constantly fluctuating, Pioneer Energy is less vulnerable than other energy providers that must source their raw materials first, be it lithium for batteries or manufacturing panels for solar energy capture.
As the LNG price increases, the company hopes more consumers will be driven to use its technology.
Pioneer Energy’s ambition is to become the largest distributed clean energy-heating provider in China. By extension, it could become the largest in the world, with the potential for positive environmental repercussions on a major scale.
Thermal heat storage presents distinct advantages over traditional green energy sources such as water, solar or wind. These all require a high initial outlay of investment in terms of infrastructure. Moreover, renewables still waste a lot of the energy they generate. Pioneer Energy’s edge lies in its ability to store it.
Wang cites Peter Thiel’s book Zero to One: Notes on Startups, or How to Build the Future as an inspiration for Pioneer. He describes his company as “zero to one” in the clean energy field, saying it was an extraordinary feat that a relatively small energy company like his can heat a massive project such as the Tianjin Tower.
Pour réduire les émissions de gaz à effet de serre dans le monde, l’industrie énergétique doit passer aux sources renouvelables. Malgré ce consensus, et bien que le solaire et l’éolien gagnent du terrain à travers le globe, la dépendance des sources renouvelables à la nature, par définition imprévisible, limite leur champ d’application.
En 2016, le Bureau national chinois de l’énergie et la Commission nationale pour le développement et la réforme ont déclaré que plus de 50 milliards de kilowatts d’énergie éolienne se perdaient, dont la moitié en hiver. Cela représente suffisamment d’énergie pour chauffer 500 kilomètres carrés, soit presque la superficie de l’Espagne.
Pour éviter ce type de gaspillage, une entreprise chinoise, Pioneer Energy, a mis au point une technologie de stockage d’énergie thermique qui permet de capter cette dernière grâce au principe de changement de phase à haute densité.
L’énoncé peut paraître obscur, mais le principe est simple. Les matériaux à changement de phase, tels que l’eau ou la cire de paraffine, sont capables de se transformer d’un état physique à un autre selon leur température, et de stocker ou libérer de l’énergie thermique lorsqu’ils fondent ou se congèlent.
Imaginez un mur rempli de cire : un apport d’énergie (panneau solaire, par exemple) fait fondre la cire, la faisant passer de solide à liquide. Lorsque l’apport d’énergie cesse, la cire refroidit et, retrouvant sa phase solide, libère l’énergie stockée sous forme de chaleur.
Fondée en 2011 à Zhangjiagang, dans la province du Jiangsu, Pioneer Energy applique aujourd’hui sa technologie innovante aux bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels.
L’entreprise fournit ses solutions de chauffage à des domaines agricoles, 15 bâtiments gouvernementaux et 22 écoles dans le comté de Qianxi. En plus de répondre aux besoins énergétiques de la province, elle chauffe des centres commerciaux et des gratte-ciels de bureaux modernes. La firme a également créé, à Shanghai, un centre technologique destiné à améliorer et explorer les matériaux à changement de phase.
Le fondateur et PDG de Pioneer Energy, Hong Wang, avait travaillé auparavant dans les secteurs de l’énergie, de l’environnement et de la médecine. Aujourd’hui, le modèle économique de son entreprise s’oriente vers l’énergie en s’appuyant sur quatre grands segments d’activité : la production, le transport, le stockage et les applications, ce qui la positionne pour tirer parti d’un marché en forte croissance.
Évalué à 3,72 milliards de dollars en 2017, le marché du stockage de l’énergie thermique latente devrait générer des revenus de 7,45 milliards de dollars d’ici fin 2024, selon une étude de Zion Market Research. Hong Wang estime que l’industrie dépassera ces prévisions.
Le PDG identifie trois domaines moteurs et interdépendants dans lesquels, espère-t-il, Pioneer Energy sera à l’avant-garde des solutions énergétiques et environnementales : réduire la pollution de l’air, offrir des alternatives énergétiques propres, produire et stocker l’énergie de plus en plus efficacement, avec un coût unitaire par kilowatt-heure équivalent à 3% de celui des batteries électrochimiques.
De plus, la technologie de transfert de chaleur des systèmes Heatrix et Lansheen de Pioneer Energy permet de compenser facilement l’intermittence des sources d’énergie renouvelable en équilibrant la demande énergétique entre le jour et la nuit, ou entre l’été et l’hiver. En entreprise ou chez des particuliers, il est ainsi possible de chauffer jusqu’à 1 200 mètres carrés pendant 8 à 16 heures avec de l’énergie stockée.
Récemment, Pioneer Energy a participé à la conversion du système de chauffage de la Tianjin Tower, un imposant gratte-ciel de Tianjin. Auparavant, la tour versait 9,6 millions de dollars par an de charges. Depuis l’adoption du système de Pioneer Energy, elle économise 5,5 millions de dollars, soit 70% de sa facture de chauffage initiale.
La bonne nouvelle pour Hong Wang est qu’une hausse du marché des matériaux à changement de phase est attendue avec l’arrivée de l’hiver en Chine, dans un pays qui satisfait généralement ses besoins en énergie en s’adaptant aux fluctuations des prix spot dans les marchés financiers.
Pioneer Energy est moins exposée à ces variations que les autres fournisseurs d’énergie, qui doivent d’abord acheter leurs matières premières, qu’il s’agisse de lithium pour les batteries ou des panneaux photovoltaïques. L’entreprise espère par ailleurs que davantage de consommateurs seront amenés à utiliser sa technologie au fur et à mesure que le prix du gaz naturel liquéfié augmentera.
La firme ambitionne de devenir le fournisseur d’énergie propre thermique numéro 1 en Chine, ce qui le positionnerait comme un des plus importants au monde, avec des répercussions positives de grande ampleur pour l’environnement.
Le stockage thermique de la chaleur présente des avantages bien spécifiques par rapport aux sources d’énergie verte traditionnelles comme l’eau, le soleil ou le vent, dont les besoins d’infrastructure nécessitent un investissement initial très élevé. De plus, les réseaux d’énergies renouvelables gaspillent encore une grande partie de l’énergie produite. L’avantage de Pioneer Energy réside dans sa capacité à la stocker.
Hong Wang cite le livre de Peter Thiel, Zero to One: Notes on Startups, or How to Build the Future, comme source d’inspiration pour son entreprise. Pioneer Energy score « zéro à un » en matière d’énergie propre, dit-il, présentant comme un exploit inouï la capacité d’une entreprise énergétique relativement petite comme la sienne à chauffer un site aussi considérable que la tour de Tianjin.
