محطة الطاقة الشمسية الحرارية الإسبانية. إن قدرتها تجعل من الممكن توفير الكهرباء لـ 25000 أسرة.الشمس والرياح والمياه مصادر الطاقة المتجددة والمتجددة. الشيء الرئيسي هو تكنولوجيا توليد الكهرباء من هذه المصادر. يجب أن تكون فعالة وغير مكلفة نسبيًا. إن فعالية وتكلفة التقنيات التي تشكل أساس الطاقة الخضراء هي خصائص يمكن تحسينها.
إذا تذكرنا الخلايا الشمسية المستخدمة لإنتاج الكهرباء من طاقة الشمس ، فإن تكلفتها تنخفض تدريجيًا ، مما يعني أن تكلفة "الكهرباء الشمسية" تنخفض. لكن "ليست خلايا ضوئية واحدة" - هناك تقنية أخرى لتوليد الطاقة من ضوء الشمس. هذه محطات طاقة شمسية حرارية.
إنها تعمل بفضل المرايا المكافئة التي تركز طاقة الشمس في شعاع ، ثم يتم إرسالها إلى خزان الملح. يتحول الأخير إلى ذوبان ، ويبدأ في لعب دور المبرد. يعطي المبرد الطاقة الحرارية للماء ، والذي يتحول إلى بخار ساخن. حسنًا ، يدور البخار التوربين ، لتوليد تيار كهربائي.
لذا ، فإن تكلفة الكهرباء المنتجة في محطات الطاقة الشمسية الحرارية أعلى من تكلفة الطاقة التي يتم الحصول عليها بمساعدة الخلايا الشمسية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عدد المناطق التي يمكن استخدام طريقة توليد الطاقة فيها ليس كبيرًا جدًا. كل هذا يؤدي إلى حقيقة أن محطات الطاقة الشمسية الحرارية ليست شائعة جدًا.
بالمناسبة ، في ظل ظروف معينة ، بدلاً من الماء والبخار ، يمكنك استخدام "الغاز فوق الحرج" - ثاني أكسيد الكربون. صحيح أن العمل معها يتطلب درجات حرارة تصل إلى 1000 كيلو ، وهو أمر لا يمكن تحقيقه دائمًا عمليًا. والحقيقة هي أن العديد من المعادن تذوب في درجة حرارة عالية. أما الأنواع الأخرى التي لا تذوب فتتفاعل بسهولة مع ثاني أكسيد الكربون. لكن الهدف جذاب - والحقيقة هي أنه عند استخدام ثاني أكسيد الكربون ، تزداد كفاءة هذه المحطات بنسبة 20٪.
في الآونة الأخيرة نسبيًا ، ظهرت
معلومات حول الاستخدام المحتمل في "الطاقة الشمسية الحرارية" لمواد لا تذوب في درجة الحرارة المذكورة أعلاه ولا تتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون. هذه هي التنغستن وكربيد الزركونيوم (مركب كيميائي من معدن الزركونيوم والكربون مع الصيغة ZrC).
تحتوي كلتا المادتين على نقطة انصهار عالية جدًا وموصلية حرارية ممتازة. علاوة على ذلك ، في درجات الحرارة المرتفعة ، لا تتوسع هاتان المادتان عمليًا ، مع الحفاظ على صلابة. بشكل عام ، كلا المرشحين جيدان ، لكن عملية إنتاجهما وتكلفتهما عالية جدًا.
في البداية ، بدأ العلماء الذين يدرسون مشكلة الطاقة الشمسية الحرارية في العمل مع كربيد التنغستن. يمكن تلبدها ، مما يعطي المسحوق الملبد تقريبًا أي شكل. بعد ذلك ، يتم وضع المادة في حمام مع تذوب من النحاس والزركونيوم. يملأ الخليط المنصهر مسام المادة الأصلية ، ويتفاعل الزركونيوم مع كربيد التنغستن ، ليحل محل المعدن. يشكل النحاس طبقة رقيقة على سطح المادة الجديدة الناتجة.
التنجستن ، المفرج عنه ، يملأ المسام. وبالتالي ، فإن المادة تحتفظ بشكلها الأصلي ، ولكن تكوينها يتغير. كل هذا يمكن أن يتحمل درجات حرارة عالية جدًا دون تغيير خصائص القوة. يرجع ذلك إلى حد كبير إلى المسام المملوءة بالتنغستن.
توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن النحاس ، الذي يغطي فيلمه المادة الناتجة ، يمكن أن يتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين أكسيد النحاس وإطلاق أول أكسيد الكربون (أول أكسيد الكربون). ولكن ، كما اتضح ، إذا تمت إضافة نسب صغيرة من أول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج ، فإن الخليط الناتج سيثبط رد فعل خطير. تم تأكيد ذلك تجريبيا.
من الواضح أنه لكي تعمل محطة الطاقة الشمسية الحرارية فائقة الكفاءة بشكل طبيعي ، يجب أن يكون هناك الكثير من المواد ، التي تمت مناقشتها أعلاه. لسوء الحظ ، لا يقول العلماء عن تكلفة المبادل الحراري المصنوع من كربيد الزركونيوم ، لكنهم يؤكدون أنه لن يكون باهظ الثمن.
ونتيجة لذلك ، يمكن أن تصبح محطات الطاقة الجديدة فعالة للغاية بحيث يمكنها بسهولة التنافس مع كل من محطات الطاقة الخلوية الضوئية والمحطات التقليدية التي تعمل على الوقود الأحفوري.
ومن الجدير بالذكر أن محطات الطاقة الحرارية العاملة بالطاقة الشمسية لا تزال قيد الإنشاء. تقع في مناطق ذات مستوى عال من التشمس ، على سبيل المثال ، الإمارات وإسرائيل. أما الأخيرة فتعمل على أراضيها واحدة من أكبر محطات توليد الكهرباء من هذا النوع بسعة 110 ميجاوات.
الطبيعة ، 2018. DOI:
10.1038 / s41586-018-0593-1