Un nou compozit Hot-as-Lava ar putea revoluționa accesibilitatea la energia solară

O echipă condusă de Universitatea Purdue a dezvăluit un nou compozit solar care ar putea îmbunătăți în mod semnificativ centralele solare concentrate atât în ​​ceea ce privește eficiența, cât și costurile, potrivit unui nou studiu publicat în Natură săptămâna trecută. Această colaborare între Institutul de Tehnologie din Georgia, Universitatea din Wisconsin-Madison și Laboratorul Național Oak Ridge speră să crească utilizarea actuală a energiei solare în SUA, care rămâne la mai puțin de 2% din generația noastră de energie electrică. Dar noul material al echipei poate revoluționa industria energiei solare concentrate.

"Cred că suntem tangențial de aproape," spune profesorul Purdue Kenneth Sandhage Invers.

Compozitul, fabricat din carbură de zirconiu ceramic și tungsten met alumină, se încadrează într-o categorie de materiale numită "cermets", cunoscută pentru capacitatea lor de a rezista temperaturilor și presiunii ridicate. Popularizate după al doilea război mondial pentru utilizarea lor în motoarele cu reacție, forțele aeriene americane (cele care au inventat termenul) "cermets" au devenit o operațiune pentru avioane și rachete spațiale. Și înlocuirea șoldului.

Echipa Purdue a luat notă de calitățile cermetului și a găsit un nou mediu de temperatură înaltă pentru a testa: centralele electrice concentrate.

Spre deosebire de o fermă fotovoltaică tipică cu panouri inerte instalate pe ferme sau pe acoperișuri, centralele solare concentrate sunt, în principiu, versiunea largă, bine intenționată a furnicilor arse sub o lupă. Aceste plante folosesc oglinzi sau lentile pentru a concentra energia de la soare. În loc de furnici moarte, transferăm căldura în sărurile topite. Plăcile din oțel inoxidabil sau din aliaje pe bază de nichel sunt utilizate pentru a transfera căldura din săruri către un fluid care se extinde pentru a roti o turbină, care în cele din urmă vă oferă electricitate. Purdue a folosit dioxidul de carbon supercritic ca lichid în cauză, de exemplu CO2 la temperaturi și presiuni ridicate care există undeva între un lichid sau un gaz.

Această tehnică de colectare a căldurii de la soare înseamnă că centralele electrice concentrate ajung Fierbinte. Materialul plăcilor utilizate pentru transferul căldurii este un blocaj în sistem - aliajele din oțel inoxidabil sau aliajele pe bază de nichel ating o capacitate de aproximativ 550 de grade Celsius înainte de înmuiere, sub 100 de grade mai fierbinte decât cea mai fierbinte planetă din sistemul nostru solar Venus.

După teste mecanice efectuate la Laboratorul Național Oak Ridge, echipa a descoperit că noul compozit ne permite să mergem chiar mai cald, la circa 750 de grade Celsius, care se află pe partea rece a lavei. Cermetul lui Purdue este, de asemenea, de două până la trei ori mai conductiv decât standardul industrial actual.

În afară de atingerea unor niveluri de căldură scânteiere, această diferență de temperatură permite unei instalații să-și mărească conversia căldurii până la conversia electricității cu mai mult de 20%. Scăzută, eficiența nou-născută din compozitul ceramic-metal ar fi mai ieftină decât materialele actuale și ar putea contribui la reducerea drastică a emisiilor de dioxid de carbon.

Impresionante cum ar fi metalele ceramice, echipa sa confruntat în primul rând cu probleme de coroziune, deoarece CO2 supercritic ar oxida plăcile, reducându-și productivitatea. Dar, bazându-se pe concepte fundamentale de chimie, a constatat că adăugarea unui strat de cupru la suprafața plăcilor cermet și adăugarea a 50 de părți per milion de monoxid de carbon la CO2 supercritic atenuează problema. Echipa a prezentat un brevet pentru noul material.

Începând cu anul 2018, centralele solare concentrate produc aproximativ 1.400 de MW de energie pentru SUA pe an. Deși este în prezent mai ieftin să se recolteze lumina solară utilizând fotovoltaice tradiționale, bateriile pentru stocare sunt scumpe - este de fapt mai ieftin să păstrați căldura, așa cum este făcută prin intermediul energiei solare concentrate. Cu acest nou compozit, costul colectării căldurii scade. Combinat cu capacitatea de a ajuta la reducerea decalajului de energie prezentat de soare în timpul nopții, acest lucru face ca soarele concentrat să fie mult mai competitiv.

"Cred că este un moment interesant de a fi în ingineria materialelor", spune Sandhage. "Există multe probleme serioase cu care ne confruntăm, dar este o chestiune de a face munca grea a ingineriei să aducă materialele potrivite, să aducă designul potrivit și să păstreze problemele. Suntem încântați de rolul pe care îl putem juca."