Нови композит вруће као лаве могао би да револуционира доступност соларне енергије

Тим на чијем је челу Универзитет Пурдуе представио је нови соларни композит који би могао значајно побољшати концентриране соларне електране и по ефикасности и по цијени, према новој студији објављеној у Природа Прошле недеље. Ова сарадња између Технолошког института Грузије, Универзитета Висцонсин-Мадисон и Националне лабораторије Оак Ридге нада се да ће повећати садашњу употребу сунчеве енергије у САД-у, која остаје на мање од 2 посто наше производње електричне енергије. Међутим, нови материјал тима може да доведе до револуције у индустрији концентрисане соларне енергије.

"Мислим да смо веома блиски", каже професор Пурдуе Кеннетх Сандхаге Инверсе.

Композит, израђен од цирконијум-карбида и метала из волфрама, спада у категорију материјала који се називају "кермети", познати по својој способности да издрже високе температуре и притисак. Популаризована након Другог светског рата за употребу у млазним моторима, америчке ваздухопловне снаге (оне које су сковали термин) "кермети" постале су летјелица за авионе и свемирске ракете. И замена кука.

Тим Пурдуе-а је узео у обзир квалитете кермета и пронашао нову високотемпературну околину како би је тестирао: концентрисане електране.

Насупрот типичној фотонапонској соларној фарми са празним панелима инсталираним на фармама или крововима, концентрисане соларне електране су у основи велика, добронамерна верзија спаљивања мрава под повећалом. Ове биљке користе огледала или леће да би концентрисале енергију од сунца. Уместо мртвих мрава, добијамо топлоту која се преноси на растопљене соли. Плоче од нерђајућег челика или легура на бази никла користе се за пренос топлоте из соли у течност која се шири да би окренула турбину, која вам на крају даје струју. Пурдуе је користио суперкритични ЦО2 као текућину о којој је ријеч, односно ЦО2 на тако високим температурама и притисцима да постоји негдје између текућине или плина.

Ова техника сакупљања топлоте од сунца значи да добијају концентрисане електране вруће. Материјал плоча које се користе за пренос топлоте је једно уско грло у систему - садашње легуре од нехрђајућег челика или на бази никла имају капацитет од око 550 степени Целзијуса пре омекшавања, нешто испод 100 степени топлије од најтоплијег планета нашег Сунчевог система, Венера.

Након механичких тестова у Националној лабораторији Оак Ридге, тим је открио да нови композит омогућава још топлију вожњу, на око 750 степени Целзијуса, што је на хладној страни лаве. Пурдуеов кермет је два до три пута проводљивији од тренутног индустријског стандарда.

Поред постизања опекотина, ова температурна разлика омогућава постројењу да повећа конверзију топлоте на електричну енергију више од 20%. Повећана, новооткривена ефикасност од композита од керамике и метала би била јефтинија од тренутних материјала и могла би помоћи драстично смањити емисију угљен-диоксида.

Импресиван као керамички метали, тим се прво суочио с проблемима корозије, јер би суперкритични ЦО2 оксидирао плоче, смањујући њихову продуктивност. Али, ослањајући се на основне хемијске концепте, схватили смо да додавање слоја бакра на површину плоча кермета и додавање 50 делова на милион угљен моноксида у суперкритични ЦО2 ублажава проблем. Тим је поднио патент за нови материјал.

Од 2018. године, концентрисане соларне електране производе око 1.400 МВ енергије за САД. Иако је тренутно јефтиније сакупљати сунчеву свјетлост помоћу традиционалних фотонапонских сустава, батерије за похрану су скупа - заправо је јефтиније похрањивати топлину, као што је то учињено помоћу концентриране соларне енергије. Са овим новим композитом, трошкови сакупљања топлоте падају. У комбинацији са способношћу да помогне да се премости јаз енергије коју соларни производи током ноћи, ово чини концентрисану соларну енергију конкурентнијом.

"Мислим да је то узбудљиво време за инжењерство материјала", коментарише Сандхаге. „Постоје веома озбиљни проблеми са којима се суочавамо, али то је ствар напорног инжињерског рада да би се довели прави материјали, донијели прави пројекти и наставили да гурамо проблеме. Ми смо узбуђени због улоге коју можемо играти. ”