A Hot-as-Lava új kompozit forradalmasíthatja a napenergia-megfizethetőséget

A Purdue Egyetem által vezetett csapat bemutatta egy új napkompozitot, amely jelentősen javíthatná a koncentrált napenergia-erőművek hatékonyságát és költségeit, egy új tanulmány szerint, amely a következő címen jelenik meg: Természet múlt hét. Ez a Grúziai Technológiai Intézet, a Wisconsin-Madison Egyetem és az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium közötti együttműködés reméli, hogy növelni fogja a napenergia jelenlegi felhasználását az Egyesült Államokban, ami a villamosenergia-termelésünk kevesebb mint 2% -án marad. A csapat új anyagai azonban forradalmasíthatják a koncentrált napenergia-iparágat.

- Azt hiszem, csábítóan közel van - mondja Purdue professzor, Kenneth Sandhage fordítottja.

Az c cirkónium-karbidból és met volframból készült kompozit a „cermets” -nek nevezett anyagok kategóriájába tartozik, amely ismert a magas hőmérséklet és nyomás ellenállóképességéről. A második világháború után népszerűsítették a jetmotorokban való használatukat, az amerikai légierő (a kermeteket alkotók) a repülőgépek és az űrrakéták kapcsán váltak. És csípőcsere.

A Purdue csapat tudomásul vette a cermet tulajdonságait, és új, magas hőmérsékletű környezetet talált, hogy tesztelje: koncentrált erőművek.

A koncentrált napenergiával működő erőművek a tipikus fotovoltaikus naptári gazdasággal szemben, ahol tétlen panelek vannak telepítve a gazdaságokban vagy a háztetőkön, alapvetően az égő hangyák nagyszabású, jó szándékú változata. Ezek a növények tükröket vagy lencséket használnak arra, hogy az energiát a napból koncentrálják. A halott hangyák helyett az olvadt sókhoz hőt kapunk. Rozsdamentes acélból vagy nikkel alapú ötvözetekből készült lemezeket használnak arra, hogy a hőt a sókból olyan folyadékba juttassák, amely kibővül, hogy egy turbina forogjon, ami végül villamos energiát biztosít. Purdue szuperkritikus CO2-t használt, mint a szóban forgó folyadékot, azaz a CO2-t olyan magas hőmérsékleten és nyomáson, hogy valahol a folyadék vagy a gáz között van.

Ez a technika a napsugárzásból származó hőgyűjtés azt jelenti, hogy a koncentrált erőművek kapnak forró. A hőátadásra használt lemezek anyaga az egyik szűk keresztmetszet a rendszerben - a jelenlegi rozsdamentes acél vagy nikkel alapú ötvözetek körülbelül 550 Celsius fokos kapacitást érnek el a lágyítás előtt, 100 fok alatt melegebbek, mint a Naprendszerünk legmelegebb bolygója, Venus.

Az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban végzett mechanikai tesztek után a csapat felfedezte, hogy az új kompozit még melegebbre, kb. 750 Celsius fokra enged, ami a láva hűvös oldalán található. A Purdue cermetje is kétszer-háromszor vezetőképes, mint a jelenlegi iparági szabvány.

A hőmérséklettartalom mellett a hőmérsékletkülönbség lehetővé teszi, hogy a növény több mint 20% -kal növelje hőenergia-átalakulását. A kerámia-fém kompozit újrafogalmazott hatékonysága olcsóbb lenne, mint a jelenlegi anyagok, és jelentősen csökkentheti a szén-dioxid-kibocsátást.

Lenyűgöző, mint a kerámia fémek, a csapat először korrózióval szembesült, mivel a szuperkritikus CO2 oxidálja a lemezeket, csökkentve a termelékenységüket. De az alapvető kémiai fogalmakra támaszkodva megállapítható, hogy rézréteg hozzáadása a cermet lemezek felületéhez és 50 millió millió szén-monoxid hozzáadása a szuperkritikus szén-dioxidhoz csökkenti a problémát. A csapat szabadalmat nyújtott be az új anyaghoz.

2018-tól a koncentrált napenergia-erőművek évente mintegy 1400 MW energiát termelnek az USA-ban. Míg a hagyományos napelemek felhasználásával napjainkban olcsóbb a napfény betakarítása, az akkumulátorok költsége drága - a hő megtakarítása olcsóbb, mint a koncentrált napenergia segítségével. Ezzel az új kompozitdal a hőfogyasztás költsége csökken. Az éjszaka során a napenergia által előidézett energiahézagok áthidalására való képességgel együtt a koncentrált napenergia sokkal versenyképesebbé válik.

- Azt hiszem, izgalmas idő az anyaggyártásban - mondta Sandhage. „Nagyon komoly problémák vannak, amelyekkel szembe kell néznünk, de az a feladat, hogy a mérsékelt kemény munkát végezzük a megfelelő anyagok behozatalához, a megfelelő tervezéshez, és a problémák megakadályozásához. Örülünk, hogy milyen szerepet játszhatunk.