Il existe des moteurs thermiques (inventés en 1816 !) qui battent tous les records de rendement : les moteurs "Stirling".
Au début du XIXe siècle, les chaudières à vapeur explosaient assez souvent. Pour répondre à ce problème, Robert Stirling imagina un moteur sans chaudière soumise à de trop fortes pressions. La chaleur est apportée de l’extérieur de la machine, ce qui réduit les risques d’explosions, car il est inutile de faire chauffer l’eau dans une chaudière à haute pression, puisque chauffer l’air ambiant par combustion suffit pour alimenter ce moteur en énergie. C'est ainsi que Stirling déposa son brevet le 27 septembre 1816. Également, la mise en place d’un régénérateur dans la tuyauterie du moteur a permis d’éviter trop de pertes d’énergie, améliorant son rendement. Alors, en 1843, son frère James « industrialisa » ce moteur, pour une utilisation dans l'usine où il était ingénieur. Toutefois, en raison de différents bris et d’une puissance trop faible par rapport à la machine à vapeur et, plus tard, au moteur à combustion interne, le moteur à air chaud de Stirling n’obtient pas le succès escompté. Le moteur Stirling n’est plus qu’un objet d’étude pour les physiciens, qui comprendront le fonctionnement du moteur Stirling, bien après son invention, avec l’avènement de la thermodynamique.
En 1871, les progrès de la thermodynamique accomplis au XIXe siècle permettent à Gustav Schmidt de décrire mathématiquement le cycle de Stirling[2]. Il faut toutefois attendre les recherches de la compagnie néerlandaise Philips, dans les années 1930, pour que le moteur Stirling soit de nouveau étudié sérieusement et que son application dans toutes sortes de technologies soit testée : en 1938, un moteur Stirling de plus de 200 chevaux, avec un rendement supérieur à 30 % (comparable aux moteurs à essence actuels), y est créé. Cependant, cette technologie n’a des applications qu’en cryogénie. Ce n’est que dans les dernières décennies que les développements du moteur ont commencé à être intéressants pour l’industrie, à cause du besoin sociétal croissant pour les sources d’énergie alternatives. Effectivement, ce n’est pas parce que Robert Stirling utilisait la combustion pour alimenter son moteur en énergie thermique qu’il n’est pas possible d’utiliser d’autres sources d’énergie : énergie solaire, énergie géothermique, énergie nucléaire, chaleur rejetée par les usines, etc. Dans une perspective écologique, c’est extrêmement intéressant, d’autant plus que le régénérateur, parce qu’il préchauffe et prérefroidit le gaz, permet littéralement de recycler de l’énergie. Ainsi, les avancées en sciences des matériaux permettent maintenant d’utiliser des matériaux qui supportent des écarts de température très importants et des composites qui améliorent le transfert de chaleur au sein du régénérateur[3]. La situation est telle que les moteurs Stirling sont couplés avec des paraboles solaires géantes et utilisent l’énergie solaire avec un rendement supérieur aux cellules photovoltaïques, à un prix toutefois élevé. Il a d'ailleurs obtenu, en 2008, le record de conversion de l'énergie solaire, soit de 31,25 %, par l'utilisation de miroirs paraboliques comme concentrateurs solaires[4] .
Aujourd'hui, le moteur Stirling fait l'objet de nombreuses expérimentations autant par les amateurs que par des entreprises spécialisées en énergie ou par la NASA.