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で発表された新しい研究によると、Purdue大学が率いるチームは、効率とコストの両面で、集光型太陽光発電所を大幅に改善することができる新しい太陽光複合材料を発表しました。 自然 先週。ジョージア工科大学、ウィスコンシン大学マディソン校、およびオークリッジ国立研究所とのこの提携は、米国における現在の太陽光発電の使用量を増やすことを期待しています。しかし、チームの新素材は、集光型太陽光発電業界に革命を起こすかもしれません。
「私たちは非常に興味をそそると思っています」と、Purdue教授のKenneth Sandhageは言います。 逆.
炭化ジルコニウムセラミックとタングステンタングステンからなる複合材料は、高温と高圧に耐えることができることで知られている「サーメット」と呼ばれる材料のカテゴリに分類されます。第二次世界大戦後にジェットエンジンで使用されるようになって普及したアメリカ空軍（この用語を作り出したもの）の「サーメット」は、飛行機や宇宙ロケットにとって人気のあるものになりました。そして股関節置換術。
Purdueチームはサーメットの品質に注目し、それをテストするための新しい高温環境を発見しました。それは集中型発電所です。
農場や屋上にアイドルパネルを設置した典型的な太陽光発電ファームとは対照的に、集光型太陽光発電所は基本的に虫眼鏡の下でアリを燃やす大規模で善意のあるバージョンです。これらの植物は太陽からのエネルギーを集めるために鏡やレンズを使います。死んだアリの代わりに、我々は熱を溶融塩に伝達します。ステンレス鋼またはニッケルベースの合金製のプレートは、塩からの熱を膨張させてタービンを回転させる流体に伝達するために使用され、それが最終的に電気を供給します。 Purdueは問題の流体として超臨界CO2を使いました。それは液体または気体の間のどこかに存在するような高温と高圧の別名CO2です。
太陽から熱を集めるこの技術は、集中型発電所が ホット 。熱伝達に使用されるプレートの材質は、システムのボトルネックの1つです。現在のステンレス鋼またはニッケルベースの合金は、軟化する前に摂氏約550度で、太陽系で最も熱い惑星である金星よりも100度も高温です。
オークリッジ国立研究所での機械的試験の後、チームは新しい複合材料が溶岩の涼しい側にある摂氏約750度まで、私達がさらに熱くなることを可能にすることを発見しました。パーデューのサーメットは、現在の業界標準の2〜3倍の導電性もあります。
焼け付くような熱のレベルを達成することとは別に、この温度差は、プラントがその熱から電気への変換を20パーセント以上増加させることを可能にします。拡大すると、セラミック - 金属複合材から得られる新たな効率は現在の材料よりも安くなり、二酸化炭素の排出量を劇的に減らすのに役立ちます。
超臨界CO2がプレートを酸化させ、生産性を低下させるため、セラミック金属のように印象的なチームは、最初に腐食の問題に直面しました。しかし、基本的な化学的概念を利用して、サーメットプレートの表面に銅の層を追加し、超臨界CO2に50ppmの一酸化炭素を追加することで問題が軽減されることがわかりました。チームは新素材の特許を申請しました。
2018年の時点で、集光型太陽光発電所は米国で年間約1,400メガワットのエネルギーを生産しています。現在、伝統的な太陽光発電を使用して太陽光を集める方が安価ですが、それを保存するためのバッテリーは高価です - 集光型太陽熱を使って行われるように、実際には熱を保存する方が安価です。この新しい複合材料では、熱を集めるコストが下がります。夜間に太陽によって提示されるエネルギーのギャップを埋めるのを助ける能力と結合されて、これは集中型太陽をはるかにより競争的にします。
「材料工学を学ぶのは楽しい時間だと思います」とSandhage氏は言います。 「私たちが直面する非常に深刻な問題がありますが、正しい材料を取り入れ、正しいデザインを取り入れ、問題を解決し続けるためには、困難なエンジニアリングの仕事をしなければなりません。私たちが果たすことのできる役割には興奮しています。」