211service.com
Keramisk pumpe som tar varmen lover billig og effektiv nettlagring
Christopher Moore, Georgia Tech
Forskere har utviklet en keramisk pumpe som kan fungere ved 1400 ˚C, flere hundre grader varmere enn eksisterende varmeoverføringssystemer, og åpner for betydelige nye muligheter for energilagring.
Nærmere bestemt forfatterne av ny studie , publisert i tidsskriftet Natur onsdag, tror det kan brukes til å utvikle et effektivt nettlagringssystem som til slutt kan bidra til å gjøre fornybare kilder som vind og sol like billige og pålitelige som naturgassanlegg (se Serial Battery Entrepreneur's New Venture Tackler Clean Energy's Biggest Problem).
Det aktuelle termiske lagringssystemet vil bruke flytende metaller som smeltet silisium, som vil muliggjøre lagring og overføring av varmeenergi ved langt høyere temperaturer enn materialer som vanligvis brukes, for eksempel smeltede salter. Høyere temperaturer betyr at mer termisk energi kan omdannes til mekanisk eller elektrisk energi, noe som forbedrer den totale effektiviteten.
Dette gjør at vi nå kan flytte varme rundt ved ekstremt høye temperaturer, sier Asegun Henry , en assisterende professor ved Georgia Institute of Technology. Det er en trinnvis endring i forhold til hva du kan gjøre.
Interessen for å bruke flytende metaller som varmelagringsmedium har vært økende, men utfordringen har vært å utvikle pumper og rør som ikke forringes under slike forhold. Keramikk tåler utrolig høye temperaturer, men de er også sprø, noe som gjør dem vanskelige materialer for å lage maskinkomponenter.
Forskerne ved Georgia Tech, sammen med samarbeidspartnere ved Stanford og Purdue, kom seg rundt denne begrensningen ved å dra nytte av nye komposittmaterialer, sammen med diamantverktøy og presisjonsbearbeiding. De brukte også tetninger laget av grafitt, et annet materiale som tåler svært høye temperaturer.
Smeltet tinn strømmer ved 1400 ˚C i et Georgia Tech-laboratorium.
Prototypen av den mekaniske pumpen drev vellykket i 72 timer i strekk ved bruk av smeltet tinn, ved gjennomsnittstemperaturer på rundt 1200 ˚C og en topptemperatur på 1400 ˚C. Pumpen viste tegn til slitasje etter testene. Men som et neste forskningstrinn utvikler forskerne en pumpe laget av silisiumkarbid, et hardere keramisk materiale som skal kunne vare mye lenger.
Forskningen ble støttet av 3,6 millioner dollar i finansiering fra ARPA-E, US Department of Energys måneskuddsenergiforskningsavdeling.
Det foreslåtte nettlagringssystemet vil bruke elektrisitet fra sol-, vind- eller kjernekraft for å varme opp flytende silisium til svært høye temperaturer, og skape termisk energi. I tider med høy etterspørsel og lav energiproduksjon, for eksempel kvelder etter at solen har gått ned, vil systemet returnere denne energien tilbake til nettet ved hjelp av termofotovoltaikk, en type celle som kan konvertere varme i form av infrarødt lys til elektrisitet ( se varme solceller).
Det såkalte termiske energinettlagringssystemet (TEGS) ville fungere like godt med kull eller naturgass. Men løftet her er at teknologien kan tilby en form for billig grunnlastlagring for fornybare energikilder, og lagre nok energi når solen skinner og vinden blåser til å fortsette å produsere strøm selv når de ikke gjør det.
Til dags dato har bidraget som rene energikilder kan gi, vært begrenset av de høye kostnadene ved batterisystemer og den begrensede geografien til lagringssystemer som pumpet vannkraft.
De flytende metallene som høytemperaturpumpen gjør brukbare har også andre potensielle bruksområder. De kan erstatte smeltede salter i konsentrerte solenergisystemer, og de kan muliggjøre nye typer metallkjølte atomreaktorer (se Making Sense of Trumps overraskende investering i solenergi).