Hot-as-Lava Nový kompozitný mohol revolúciu solárnej energie dostupnosť

Tím vedený Purdue University predstavil nový solárny kompozit, ktorý by mohol výrazne zlepšiť koncentrované solárne elektrárne tak z hľadiska efektívnosti, ako aj z hľadiska nákladov. príroda minulý týždeň. Táto spolupráca medzi Georgia Institute of Technology, University of Wisconsin-Madison a Oak Ridge National Laboratory dúfa, že zvýši súčasné využívanie slnečnej energie v USA, ktorá zostáva na menej ako 2 percentá našej výroby elektriny. Nový materiál tímu však môže znamenať revolúciu v koncentrovanom solárnom priemysle.

"Myslím, že sme úchvatne blízko," hovorí profesor Purdue Kenneth Sandhage obrátený.

Kompozitný materiál, vyrobený z karbidu zirkónia a wolfrámu, patrí do kategórie materiálov nazývaných cermety, známe svojou schopnosťou odolávať vysokým teplotám a tlaku. Popularizované po druhej svetovej vojne pre ich použitie v prúdových motoroch, US Air Force (tí, ktorí razili termín) „cermety“ sa stali lietadlom pre lietadlá a kozmické rakety. A náhrady bedrového kĺbu.

Tím Purdue vzal na vedomie vlastnosti cermetu a našiel nové prostredie s vysokou teplotou, ktoré by ho otestovalo: koncentrované elektrárne.

Na rozdiel od typickej fotovoltaickej slnečnej farmy s voľnobežnými panelmi inštalovanými na farmách alebo na strechách sú koncentrované solárne elektrárne v podstate rozsiahlou, dobre mienenou verziou horiacich mravcov pod lupou. Tieto rastliny používajú zrkadlá alebo šošovky na koncentrovanie energie zo slnka. Namiesto mŕtvych mravcov sa teplo prenesie na roztavené soli. Platne vyrobené z nehrdzavejúcej ocele alebo zliatin na báze niklu sa používajú na prenos tepla zo solí na tekutinu, ktorá expanduje, aby sa otáčala turbína, čo vám nakoniec dáva elektrinu. Purdue používal nadkritickú CO2 ako príslušnú tekutinu, aka CO2 pri takých vysokých teplotách a tlakoch, že existuje niekde medzi kvapalinou alebo plynom.

Táto technika zberu tepla zo slnka znamená, že koncentrované elektrárne sa dostanú horúco, Materiál dosiek používaných na prenos tepla je jedným z úzkych miest v systéme - súčasná zliatina z nehrdzavejúcej ocele alebo zliatiny na báze niklu zasiahla kapacitu okolo 550 stupňov Celzia pred zmäkčením, tesne pod 100 stupňov teplejšou ako najhorúcejšia planéta v našej slnečnej sústave, Venuša.

Po mechanických skúškach v Oak Ridge National Laboratory, tím objavil nový kompozit nám umožňuje ísť ešte teplejšie, na asi 750 stupňov Celzia, ktorý je na chladnej strane lávy. Purdueov cermet je tiež dvakrát až trikrát vodivejší ako súčasný priemyselný štandard.

Okrem dosiahnutia úrovne horúceho tepla tento teplotný rozdiel umožňuje, aby zariadenie zvýšilo svoje teplo na konverziu elektriny viac ako 20 percent. Zvýšená účinnosť novo nájdených kompozitov z keramicko-kovového kompozitu by bola lacnejšia ako súčasné materiály a mohla by výrazne znížiť emisie oxidu uhličitého.

Pôsobivý ako keramika-kovy môže byť tím, ktorý najprv čelil problémom s koróziou, pretože superkritický CO2 oxidoval platne, čím sa znížila ich produktivita. Vychádzajúc zo základných konceptov chémie, prišiel na to, že pridanie medenej vrstvy na povrch cermetových dosiek a pridanie 50 dielov oxidu uhoľnatého na superkritický CO2 zmierňuje tento problém. Tím predložil patent na nový materiál.

Od roku 2018 vyrábajú koncentrované solárne elektrárne ročne približne 1 400 MW energie pre USA. Zatiaľ čo v súčasnosti je lacnejšie zbierať slnečné svetlo pomocou tradičných fotovoltaických zariadení, batérie na ich uskladnenie sú drahé - v skutočnosti je lacnejšie skladovať teplo, ako sa to robí prostredníctvom koncentrovanej slnečnej energie. S týmto novým kompozitom náklady na zber tepla klesajú. V kombinácii so schopnosťou pomôcť preklenúť priepasť energie, ktorú predstavuje slnečná energia počas noci, to robí koncentrovanú slnečnú energiu oveľa konkurencieschopnejšou.

„Myslím, že je to vzrušujúci čas byť v materiálovom inžinierstve,“ komentuje Sandhage. „Existujú veľmi vážne problémy, ktorým čelíme, ale je to záležitosťou robiť tvrdú prácu inžinierov, aby sme priniesli správne materiály, priniesli správny dizajn a udržali problémy. Sme nadšení z toho, akú úlohu môžeme hrať. “