211service.com
Keramische pomp die de warmte aankan Belooft goedkope, efficiënte netopslag
Christopher Moore, Georgia Tech
Wetenschappers hebben een keramische pomp ontwikkeld die kan werken bij 1.400 ˚C, enkele honderden graden heter dan bestaande warmteoverdrachtsystemen, wat belangrijke nieuwe mogelijkheden biedt voor energieopslag.
Met name de auteurs van de nieuwe studie , gepubliceerd in het tijdschrift Natuur op woensdag, denk dat het kan worden gebruikt om een efficiënt netwerkopslagsysteem te ontwikkelen dat uiteindelijk zou kunnen helpen om hernieuwbare bronnen zoals wind en zon net zo goedkoop en betrouwbaar te maken als aardgascentrales (zie Serial Battery Entrepreneur's New Venture pakt het grootste probleem van schone energie aan).
Het thermische opslagsysteem in kwestie zou gebruik maken van vloeibare metalen zoals gesmolten silicium, wat de opslag en overdracht van warmte-energie mogelijk zou maken bij veel hogere temperaturen dan materialen die gewoonlijk worden gebruikt, zoals gesmolten zouten. Hogere temperaturen betekenen dat er meer thermische energie kan worden omgezet in mechanische of elektrische energie, wat de algehele efficiëntie verbetert.
Dit stelt ons in staat om warmte nu met extreem hoge temperaturen te verplaatsen, zegt Asegun Henry , een assistent-professor aan het Georgia Institute of Technology. Het is een stapsgewijze verandering in wat je kunt doen.
De belangstelling voor het gebruik van vloeibare metalen als warmteopslagmedium groeide, maar de uitdaging was om pompen en leidingen te ontwikkelen die onder dergelijke omstandigheden niet verslechteren. Keramiek is bestand tegen ongelooflijk hoge temperaturen, maar is ook bros, waardoor het moeilijke materialen zijn voor het maken van machineonderdelen.
De onderzoekers van Georgia Tech, samen met medewerkers van Stanford en Purdue, hebben deze beperking omzeild door gebruik te maken van nieuwe composietmaterialen, diamantgereedschap en precisiebewerking. Ze gebruikten ook afdichtingen gemaakt van grafiet, een ander materiaal dat bestand is tegen zeer hoge temperaturen.
Gesmolten tin stroomt bij 1400 ˚C in een Georgia Tech laboratorium.
Het prototype mechanische pomp heeft 72 uur lang succesvol gewerkt met gesmolten tin, bij gemiddelde temperaturen van ongeveer 1.200 C en een piektemperatuur van 1.400 ˚C. De pomp vertoonde na de tests wel gebruikssporen. Maar als volgende onderzoeksstap ontwikkelen de wetenschappers een pomp gemaakt van siliciumcarbide, een harder keramisch materiaal dat veel langer mee moet kunnen gaan.
Het onderzoek werd ondersteund door $ 3,6 miljoen aan financiering van ARPA-E, de onderzoeksafdeling voor moonshot-energie van het Amerikaanse ministerie van Energie.
Het voorgestelde netopslagsysteem zou elektriciteit van zonne-, wind- of kernenergie gebruiken om vloeibaar silicium tot zeer hoge temperaturen te verwarmen, waardoor thermische energie ontstaat. In tijden van grote vraag en lage energieproductie, zoals 's avonds nadat de zon is ondergegaan, zou het systeem die energie teruggeven aan het net met behulp van thermofotovoltaïsche cellen, een type cel dat warmte in de vorm van infrarood licht kan omzetten in elektriciteit ( zie Hete zonnecellen).
Het zogenaamde thermische energienetopslag (TEGS) systeem zou net zo goed werken met kolen of aardgas. Maar de belofte hier is dat de technologie een vorm van goedkope basislastopslag voor hernieuwbare energiebronnen zou kunnen bieden, waarbij voldoende energie wordt opgeslagen wanneer de zon schijnt en de wind waait om elektriciteit te blijven produceren, zelfs als dat niet het geval is.
Tot op heden is de bijdrage die schone energiebronnen kunnen leveren beperkt door de hoge kosten van batterijsystemen en de beperkte geografie van opslagsystemen zoals gepompte hydro-elektrische energie.
De vloeibare metalen die de hogetemperatuurpomp bruikbaar maakt, hebben ook andere potentiële toepassingen. Ze kunnen gesmolten zouten in geconcentreerde zonne-energiesystemen vervangen en nieuwe soorten metaalgekoelde kernreactoren mogelijk maken (zie Making Sense of Trump's Surprising Investment in Solar).