Centrale solaire thermique espagnole Gemasolar. Sa capacité permet de fournir de l'électricité à 25 000 ménages.Le soleil, le vent, l'eau sont des sources d'énergie gratuites et renouvelables. L'essentiel est la technologie de production d'électricité à partir de ces sources. Il devrait être efficace et relativement peu coûteux. L'efficacité et le coût des technologies qui constituent le fondement de l'énergie verte sont des caractéristiques qui peuvent être améliorées.
Si nous rappelons les cellules solaires utilisées pour produire de l'électricité à partir de l'énergie du soleil, leur coût diminue progressivement, ce qui signifie que le coût de "l'électricité solaire" est réduit. Mais «pas de photocellules simples» - il existe une autre technologie pour générer de l'énergie à partir de la lumière du soleil. Ce sont des centrales solaires thermiques.
Ils fonctionnent grâce à des miroirs paraboliques focalisant l'énergie du Soleil en un faisceau, qui est ensuite envoyé vers un réservoir de sel. Ce dernier se transforme en fusion, commençant à jouer le rôle de liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement dégage de l'énergie thermique à l'eau, qui se transforme en vapeur surchauffée. Eh bien, la vapeur fait tourner la turbine, générant un courant électrique.
Ainsi, le coût de l'électricité produite dans les centrales solaires thermiques est supérieur au coût de l'énergie obtenue à l'aide de cellules solaires. De plus, le nombre de régions où cette méthode de production d'énergie peut être utilisée n'est pas trop important. Tout cela conduit au fait que les centrales solaires thermiques ne sont pas trop courantes.
Par ailleurs, dans certaines conditions, au lieu de l'eau et de la vapeur, vous pouvez utiliser du "gaz supercritique" - du dioxyde de carbone. Certes, travailler avec lui nécessite des températures de l'ordre de 1000K, ce qui n'est pas toujours réalisable dans la pratique. Le fait est que de nombreux métaux fondent à une température aussi élevée. D'autres qui ne fondent pas réagiront facilement avec le dioxyde de carbone. Mais l'objectif est attrayant - le fait est que lors de l'utilisation du dioxyde de carbone, l'efficacité de ces stations augmente de 20%.
Relativement récemment, des
informations sont apparues sur l'utilisation possible dans «l'énergie solaire thermique» de deux matériaux qui ne fondent pas à la température ci-dessus et ne réagissent pas avec le dioxyde de carbone. Ce sont le tungstène et le carbure de zirconium (un composé chimique du zirconium métallique et du carbone de formule ZrC).
Les deux matériaux ont un point de fusion très élevé et une excellente conductivité thermique. De plus, à des températures élevées, ces deux matériaux ne se dilatent pratiquement pas, tout en conservant leur dureté. En général, les deux candidats sont bons, mais le processus de production et le coût sont assez élevés.
Initialement, les scientifiques qui étudient le problème de l'énergie solaire thermique ont commencé à travailler avec le carbure de tungstène. Il peut être fritté, donnant à la poudre frittée presque n'importe quelle forme. Ensuite, le matériau est placé dans un bain avec une fusion de cuivre et de zirconium. Le mélange fondu remplit les pores du matériau d'origine, le zirconium réagit avec le carbure de tungstène, remplaçant le métal. Le cuivre forme un film mince à la surface du nouveau matériau résultant.
Le tungstène, libéré, remplit les pores. Ainsi, le matériau conserve sa forme d'origine, mais sa composition change. Tout cela peut résister à des températures très élevées sans modifier les caractéristiques de résistance. En grande partie à cause des pores remplis de tungstène.
Les scientifiques ont conclu que le cuivre, dont le film recouvre le matériau résultant, peut réagir avec le dioxyde de carbone pour produire de l'oxyde de cuivre et libérer du monoxyde de carbone (monoxyde de carbone). Mais, comme il s'est avéré, si de petites proportions de monoxyde de carbone sont ajoutées au dioxyde de carbone supercritique, le mélange résultant supprimera une réaction dangereuse. Ceci est confirmé expérimentalement.
Il est clair que pour que la centrale solaire thermique ultra-efficace fonctionne normalement, il doit y avoir beaucoup de matériel, ce qui est discuté ci-dessus. Malheureusement, les scientifiques ne disent pas sur le coût de l'échangeur de chaleur en carbure de zirconium, mais assurent qu'il ne sera pas trop cher.
En conséquence, les nouvelles centrales électriques peuvent devenir si efficaces qu'elles peuvent facilement rivaliser avec les centrales électriques à cellules photoélectriques et les centrales conventionnelles fonctionnant aux combustibles fossiles.
Il convient de noter que des centrales thermiques fonctionnant à l'énergie solaire sont en cours de construction. Ils sont situés dans des régions à très haut niveau d'insolation, par exemple les EAU et Israël. Quant à ce dernier, l'une des plus grandes centrales de ce type d'une capacité de 110 MW fonctionne sur son territoire.
Nature , 2018. DOI:
10.1038 / s41586-018-0593-1