Novi kompozit vruće kao lave mogao bi revolucionirati dostupnost solarne energije

Tim na čelu sa Sveučilištem Purdue predstavio je novi solarni kompozit koji bi mogao značajno poboljšati koncentrirane solarne elektrane iu učinkovitosti iu cijeni, prema novoj studiji objavljenoj u Priroda prošli tjedan. Ta suradnja između Tehnološkog instituta Georgia, Sveučilišta Wisconsin-Madison i Nacionalnog laboratorija Oak Ridge nada se da će povećati sadašnju upotrebu sunčeve energije u SAD-u, koja ostaje na manje od 2 posto naše proizvodnje električne energije. No novi materijal tima može revolucionirati industriju koncentrirane solarne energije.

"Mislim da smo vrlo bliski", kaže profesor Purdue Kenneth Sandhage Inverzan.

Kompozit, izrađen od cirkonijevog karbida i metala iz volframa, spada u kategoriju materijala koji se nazivaju "kermeti", poznati po svojoj sposobnosti da izdrže visoke temperature i tlak. Populariziran nakon Drugog svjetskog rata za uporabu u mlaznim motorima, američko ratno zrakoplovstvo (oni koji su skovali termin) "kermeti" postali su letjelica za zrakoplove i svemirske rakete. I zamjena kuka.

Tim Purdue-a primijetio je kvalitete kermeta i pronašao novi okoliš visoke temperature kako bi ga testirao: koncentrirane elektrane.

Nasuprot tipičnoj fotonaponskoj solarnoj farmi s praznim panelima instaliranim na farmama ili krovovima, koncentrirane solarne elektrane su u osnovi velika, dobronamjerna verzija spaljivanja mrava pod povećalom. Ove biljke koriste zrcala ili leće za koncentriranje energije od sunca. Umjesto mrtvih mrava, dobivamo toplinu koja se prenosi rastaljenim solima. Ploče od nehrđajućeg čelika ili legura na bazi nikla koriste se za prijenos topline iz soli u tekućinu koja se širi kako bi okrenula turbinu, koja vam na kraju daje struju. Purdue je upotrijebio superkritični CO2 kao tekućinu o kojoj govorimo, tj. CO2 na tako visokim temperaturama i pritiscima da postoji negdje između tekućine ili plina.

Ova tehnika prikupljanja topline od sunca znači da dobivaju koncentrirane elektrane vruće, Materijal ploča koje se koriste za prijenos topline je usko grlo u sustavu - trenutne legure od nehrđajućeg čelika ili nikla temeljene na kapacitetu od 550 stupnjeva Celzija prije omekšavanja, nešto ispod 100 stupnjeva toplije od najtoplijeg planeta Sunčevog sustava, Venera.

Nakon mehaničkih testova u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge, tim je otkrio da nam novi kompozit omogućuje još topliju vožnju, na oko 750 stupnjeva Celzija, što je na hladnoj strani lave. Purduejev kermet također je dva do tri puta vodljiviji od trenutnog industrijskog standarda.

Osim postizanja vrućih razina topline, ova temperaturna razlika omogućuje postrojenju da svoju toplinu poveća za više od 20 posto. Povećana, novootkrivena učinkovitost od kompozita od keramike i metala bila bi jeftinija od trenutnih materijala i mogla bi pomoći drastično smanjiti emisije ugljičnog dioksida.

Impresivna kao keramički metali, tim se prvo suočio s problemima korozije, jer bi superkritični CO2 oksidirao ploče, smanjujući njihovu produktivnost. Ali, oslanjajući se na temeljne kemijske koncepte, shvatio je da dodavanje sloja bakra na površinu ploča kermeta i dodavanje 50 dijelova na milijun ugljičnog monoksida superkritičnom CO2 ublažava problem. Tim je podnio patent za novi materijal.

Od 2018. godine, koncentrirane solarne elektrane godišnje proizvode oko 1.400 MW energije za SAD. Iako je trenutno jeftinije skupljati sunčevu svjetlost pomoću tradicionalnih fotonaponskih sustava, baterije za pohranu su skupa - zapravo je jeftinije pohranjivati ​​toplinu, kao što je to učinjeno pomoću koncentrirane solarne energije. S ovim novim kompozitom, troškovi prikupljanja topline padaju. U kombinaciji sa sposobnošću da pomogne u premošćivanju jaza energije koju solarna energija predstavlja tijekom noći, to čini koncentriranu solarnu energiju konkurentnijom.

"Mislim da je uzbudljivo vrijeme za gradnju materijala", komentira Sandhage. "Postoje vrlo ozbiljni problemi s kojima se suočavamo, ali to je stvar napornog inženjerskog rada kako bi se doveli pravi materijali, donijeli pravi dizajn i oborili probleme. Uzbuđeni smo zbog uloge koju možemo igrati."