Hot-as-Lava Nový kompozit by mohl revoluci dostupnost sluneční energie

Tým vedený Purdue univerzitou představil nový solární kompozit, který mohl významně zlepšit koncentrované sluneční elektrárny jak v účinnosti tak v nákladech, podle nové studie publikované v t Příroda minulý týden. Tato spolupráce mezi Georgia Institute of Technology, University of Wisconsin-Madison, a Oak Ridge National Laboratory doufá, že zvýší současné využívání sluneční energie v USA, která zůstává na méně než 2 procentech naší výroby elektřiny. Nový materiál týmu však může znamenat revoluci v koncentrovaném solárním průmyslu.

"Myslím, že jsme s takovou úzkostí," říká profesor Purdue Kenneth Sandhage Inverzní.

Kompozitní materiál, vyrobený z karbidu zirkonia a wolframu, spadá do kategorie materiálů nazývaných „cermety“, které jsou známé svou schopností odolávat vysokým teplotám a tlaku. Popularizoval po druhé světové válce pro jejich použití v proudových motorech, americké letectvo (ti kdo razil termín) “cermets” se stali go-to pro letadla a rakety prostoru. A náhrady kyčlí.

Tým Purdue vzal na vědomí vlastnosti cermetu a našel nové prostředí s vysokou teplotou, které by ho mohlo vyzkoušet: koncentrované elektrárny.

Na rozdíl od typické fotovoltaické solární farmy s volnoběžnými panely instalovanými na farmách nebo střechách jsou koncentrované solární elektrárny v podstatě rozsáhlou, dobře mířenou verzí hořících mravenců pod lupou. Tyto rostliny používají zrcadla nebo čočky ke koncentraci energie ze slunce. Místo mrtvých mravenců dostáváme teplo přenesené na roztavené soli. Desky vyrobené z nerezové oceli nebo slitin na bázi niklu se používají k přenosu tepla ze solí na kapalinu, která se rozpíná a otáčí turbínou, což vám nakonec dodává elektřinu. Purdue používal nadkritickou CO2 jako dotyčnou tekutinu, aka CO2 při takových vysokých teplotách a tlacích, že existuje někde mezi kapalinou nebo plynem.

Tato technika sběru tepla ze slunce znamená, že se koncentrované elektrárny dostanou horký. Materiál desek používaných k přenosu tepla je jedním z úzkých míst v systému - současná nerezová ocel nebo slitiny na bázi niklu zasáhly kapacitu kolem 550 stupňů Celsia před změkčením, těsně pod 100 stupňů teplejší než nejteplejší planeta v naší sluneční soustavě, Venuše.

Po mechanických testech v Oak Ridge National Laboratory, tým objevil, že nový kompozit nám dovoluje jít ještě teplejší, asi na 750 stupňů Celsia, což je na chladné straně lávy. Purdueův cermet je také dvakrát až třikrát vodivější než současný průmyslový standard.

Tento teplotní rozdíl umožňuje, kromě zvýšení teploty spalování, zvýšení teploty na konverzi elektřiny o více než 20%. Nová efektivita z keramicko-kovového kompozitu by byla levnější než stávající materiály a mohla by výrazně snížit emise oxidu uhličitého.

Působivé jako keramika-kovy mohou být týmy poprvé vystaveny problémům s korozí, protože superkritický CO2 oxiduje desky a snižuje jejich produktivitu. Vycházelo přitom ze základních konceptů chemie a zjistilo se, že přidání vrstvy mědi na povrch cermetových desek a přidání 50 dílů oxidu uhelnatého na superkritický oxid uhličitý na milión emisí oxidu uhličitého tento problém zmírní. Tým předložil patent na nový materiál.

Od roku 2018 produkují koncentrované solární elektrárny pro Spojené státy ročně asi 1400 MW energie. Zatímco je v současné době levnější sklízet sluneční světlo s využitím tradičních fotovoltaik, akumulátory pro skladování, jsou drahé - je to vlastně levnější skladovat teplo, jak je tomu u koncentrované sluneční energie. S tímto novým kompozitem náklady na sběr tepla klesají. V kombinaci se schopností pomoci překlenout mezeru energie, kterou v noci představuje sluneční energie, je to koncentrovaná sluneční energie mnohem konkurenceschopnější.

"Myslím, že je to vzrušující doba být v materiálovém inženýrství," komentuje Sandhage. „Existují velmi vážné problémy, kterým čelíme, ale je to záleží na tom, aby se strojírenská práce snažila přinést správné materiály, přinést správný design a udržet problémy. Jsme nadšeni z role, kterou můžeme hrát. “