Spanisches Solarthermisches Kraftwerk Gemasolar. Seine Kapazität ermöglicht es, 25.000 Haushalte mit Strom zu versorgen.Sonne, Wind und Wasser sind freie und erneuerbare Energiequellen. Die Hauptsache ist die Technologie zur Stromerzeugung aus diesen Quellen. Es sollte effektiv und relativ kostengünstig sein. Die Effektivität und die Kosten der Technologien, die die Grundlage für grüne Energie bilden, sind Eigenschaften, die verbessert werden können.
Wenn wir uns an die Solarzellen erinnern, mit denen aus der Energie der Sonne Strom erzeugt wird, sinken ihre Kosten allmählich, was bedeutet, dass die Kosten für "Solarstrom" gesenkt werden. Aber „keine einzelnen Fotozellen“ - es gibt eine andere Technologie zur Erzeugung von Energie aus Sonnenlicht. Dies sind thermische Solarkraftwerke.
Sie arbeiten dank Parabolspiegeln und fokussieren die Energie der Sonne in einen Strahl, der dann in ein Salzreservoir geleitet wird. Letzteres verwandelt sich in eine Schmelze und beginnt, die Rolle eines Kühlmittels zu spielen. Das Kühlmittel gibt Wärmeenergie an Wasser ab, das sich in überhitzten Dampf verwandelt. Nun, der Dampf dreht die Turbine und erzeugt elektrischen Strom.
Die Kosten für Strom, der in solarthermischen Kraftwerken erzeugt wird, sind also höher als die Kosten für Energie, die mit Hilfe von Solarzellen gewonnen wird. Darüber hinaus ist die Anzahl der Regionen, in denen diese Methode zur Energieerzeugung verwendet werden kann, nicht zu groß. All dies führt dazu, dass thermische Solarkraftwerke nicht allzu häufig sind.
Übrigens können Sie unter bestimmten Bedingungen anstelle von Wasser und Dampf "überkritisches Gas" - Kohlendioxid - verwenden. Um damit zu arbeiten, sind zwar Temperaturen in der Größenordnung von 1000 K erforderlich, was praktisch nicht immer erreichbar ist. Tatsache ist, dass viele Metalle bei einer so hohen Temperatur schmelzen. Andere, die nicht schmelzen, reagieren leicht mit Kohlendioxid. Das Ziel ist jedoch attraktiv - Tatsache ist, dass bei Verwendung von Kohlendioxid der Wirkungsgrad solcher Stationen um 20% steigt.
Vor relativ kurzer Zeit sind
Informationen über die mögliche Verwendung von zwei Materialien in der „thermischen Sonnenenergie“ erschienen, die bei der oben genannten Temperatur nicht schmelzen und nicht mit Kohlendioxid reagieren. Dies sind Wolfram und Zirkoniumcarbid (eine chemische Verbindung von Zirkoniummetall und Kohlenstoff mit der Formel ZrC).
Beide Materialien haben einen sehr hohen Schmelzpunkt und eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus dehnen sich diese beiden Materialien bei hohen Temperaturen praktisch nicht aus, während ihre Härte beibehalten wird. Im Allgemeinen sind beide Kandidaten gut, aber der Produktionsprozess und die Kosten sind ziemlich hoch.
Zunächst begannen Wissenschaftler, die sich mit dem Problem der thermischen Sonnenenergie befassten, mit Wolframcarbid zu arbeiten. Es kann gesintert werden, wodurch das gesinterte Pulver nahezu jede Form erhält. Als nächstes wird das Material in ein Bad mit einer Schmelze aus Kupfer und Zirkonium gegeben. Die geschmolzene Mischung füllt die Poren des ursprünglichen Materials, Zirkonium reagiert mit Wolframcarbid und ersetzt das Metall. Kupfer bildet einen dünnen Film auf der Oberfläche des resultierenden neuen Materials.
Freigegebenes Wolfram füllt die Poren. Somit behält das Material seine ursprüngliche Form bei, aber seine Zusammensetzung ändert sich. All dies kann sehr hohen Temperaturen standhalten, ohne die Festigkeitseigenschaften zu verändern. Vor allem aufgrund der mit Wolfram gefüllten Poren.
Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass Kupfer, dessen Film das resultierende Material bedeckt, mit Kohlendioxid unter Bildung von Kupferoxid reagieren und Kohlenmonoxid (Kohlenmonoxid) freisetzen kann. Wie sich jedoch herausstellte, unterdrückt die resultierende Mischung eine gefährliche Reaktion, wenn überkritischem Kohlendioxid kleine Anteile Kohlenmonoxid zugesetzt werden. Dies wird experimentell bestätigt.
Es ist klar, dass für den normalen Betrieb des hocheffizienten thermischen Solarkraftwerks viel Material vorhanden sein muss, was oben erläutert wurde. Leider sagen Wissenschaftler nicht über die Kosten des Wärmetauschers aus Zirkoniumcarbid, sondern versichern, dass er nicht zu teuer sein wird.
Infolgedessen können neue Kraftwerke so effektiv werden, dass sie sowohl mit Fotozellenkraftwerken als auch mit konventionellen Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, problemlos konkurrieren können.
Es ist erwähnenswert, dass derzeit noch Wärmekraftwerke mit Solarenergie gebaut werden. Sie befinden sich in Regionen mit sehr hoher Sonneneinstrahlung, beispielsweise in den Vereinigten Arabischen Emiraten und in Israel. Letzteres ist auf seinem Territorium mit einem der größten Kraftwerke dieser Art mit einer Leistung von 110 MW in Betrieb.
Nature , 2018. DOI:
10.1038 / s41586-018-0593-1