Новый синтетический материал сделает солнечную тепловую энергию более экономичным, эффективным и надежным источником энергии.
Эффективность выработки электричества из тепла при использовании концентрационных солнечных электростанций (которые используют зеркала или линзы для концентрирования солнечного света, чтобы приводить в движение турбины), может быть заметно повышена при работе с более высокими температурами.
Линзы отражают и направляют луч света на заполненный жидкостью теплообменник. Там сверхкритический СО2, жидкий вариант углекислого газа, который действует как среда при преобразовании энергии. Чем горячее становится жидкость, тем больше электричества производится.
По словам исследователей, новая технология, использующая сверхкритический CO2 в качестве текучей среды, снизит расходы на электроэнергию и ее производство, что сделает будущие гелиостанции более эффективными.
Относительная эффективность преобразования тепла в электричество может быть увеличена более чем на 20%. Для этого ученые изготовили пластины теплообменника на основе ZrC/W.
По словам Доррина Джаррабаши, доцента кафедры машиностроения Техасского университета A&M, современные металлические материалы, используемые для создания теплообменников в сверхкритических энергетических циклах CO2, стабильны только до 550 градусов Цельсия. Если температура поднимается выше этого уровня, компоненты начинают быстро выходить из строя и теряют эффективность — и в конечном итоге требуют замены.
Чтобы избавиться от этой проблемы, исследователи создали новый композитный материал из керамики (карбид циркония, ZrC) и вольфрама (W), тугоплавкого металла, который может выдерживать температуру свыше 750 градусов Цельсия. Этот скачок в поглощении тепла может повысить эффективность выработки электроэнергии на солнечных концентрационных электростанциях на CO2 на 20%.
Наряду с повышением выработки энергии долговечность композита и низкие производственные затраты помогут сократить расходы на строительство и обслуживание таких электростанций.
— Использование этого материала для производства теплообменников является важным шагом на пути к прямой конкуренции с электростанциями, работающими на ископаемом топливе, и значительным сокращением выбросов парниковых газов, — считает Джаррахбаши.
С его уникальными химическими, механическими и термическими характеристиками, применение композита возможно также и для безопасной модернизации атомных электростанций или создания сопел ракет.