नई सामग्री थर्मल सौर ऊर्जा संयंत्रों को अधिक कुशल बनाने में मदद करेगी

स्पेनिश सोलर थर्मल पावर स्टेशन जेमसोलर। इसकी क्षमता 25,000 घरों को बिजली प्रदान करना संभव बनाती है।

सूर्य, पवन, जल ऊर्जा के मुक्त और नवीकरणीय स्रोत हैं। इन स्रोतों से बिजली पैदा करने की तकनीक मुख्य है। यह प्रभावी और अपेक्षाकृत सस्ती होनी चाहिए। हरित ऊर्जा की नींव बनाने वाली प्रौद्योगिकियों की प्रभावशीलता और लागत में सुधार किए जा सकते हैं।

यदि हम सूर्य की ऊर्जा से बिजली का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सौर कोशिकाओं को याद करते हैं, तो उनकी लागत धीरे-धीरे गिर रही है, जिसका अर्थ है कि "सौर बिजली" की लागत कम हो जाती है। लेकिन "सिंगल फोटोकल्स नहीं" - सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए एक और तकनीक है। ये थर्मल सोलर पावर स्टेशन हैं।

वे सूर्य की ऊर्जा को एक किरण में केंद्रित करने वाले परवलयिक दर्पण के लिए धन्यवाद करते हैं, जो तब नमक के भंडार में भेजा जाता है। उत्तरार्द्ध एक पिघल में बदल जाता है, एक शीतलक की भूमिका निभाना शुरू कर देता है। कूलेंट पानी को थर्मल ऊर्जा देता है, जो सुपरहिट स्टीम में बदल जाता है। ठीक है, भाप टरबाइन को घुमाती है, जिससे विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है।

तो, सौर तापीय बिजली संयंत्रों में उत्पादित बिजली की लागत ऊर्जा की लागत से अधिक है जो सौर कोशिकाओं की सहायता से प्राप्त होती है। इसके अलावा, ऊर्जा पैदा करने की इस पद्धति का उपयोग करने वाले क्षेत्रों की संख्या बहुत बड़ी नहीं है। यह सब इस तथ्य की ओर जाता है कि थर्मल सौर ऊर्जा संयंत्र बहुत आम नहीं हैं।

वैसे, कुछ शर्तों के तहत, पानी और भाप के बजाय, आप "सुपरक्रिटिकल गैस" का उपयोग कर सकते हैं - कार्बन डाइऑक्साइड। सच है, इसके साथ काम करने के लिए 1000K के क्रम के तापमान की आवश्यकता होती है, जो हमेशा व्यावहारिक रूप से प्राप्त करने योग्य नहीं होता है। तथ्य यह है कि कई धातुएं इतने उच्च तापमान पर पिघलती हैं। अन्य जो पिघलते नहीं हैं वे कार्बन डाइऑक्साइड के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करेंगे। लेकिन लक्ष्य आकर्षक है - तथ्य यह है कि कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करते समय, ऐसे स्टेशनों की दक्षता 20% बढ़ जाती है।

अपेक्षाकृत हाल ही में, दो सामग्रियों के "तापीय सौर ऊर्जा" में संभावित उपयोग के बारे में जानकारी सामने आई है जो उपरोक्त तापमान पर पिघलते नहीं हैं और कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं। ये टंगस्टन और ज़िरकोनियम कार्बाइड (ज़िरकोनियम धातु का एक रासायनिक यौगिक और सूत्र ZrC के साथ कार्बन) हैं।

दोनों सामग्रियों में एक बहुत ही उच्च गलनांक और उत्कृष्ट तापीय चालकता है। इसके अलावा, उच्च तापमान पर, इन दोनों सामग्रियों का व्यावहारिक रूप से विस्तार नहीं होता है, जबकि उनकी कठोरता को बनाए रखते हैं। सामान्य तौर पर, दोनों उम्मीदवार अच्छे होते हैं, लेकिन उनके उत्पादन और लागत की प्रक्रिया काफी अधिक होती है।

प्रारंभ में, वैज्ञानिकों ने थर्मल सौर ऊर्जा की समस्या का अध्ययन किया और टंगस्टन कार्बाइड के साथ काम करना शुरू किया। यह लगभग किसी भी आकार को पापी पाउडर देते हुए, पाप किया जा सकता है। इसके बाद, सामग्री को तांबे और जिरकोनियम के पिघल के साथ स्नान में रखा जाता है। पिघला हुआ मिश्रण मूल सामग्री के छिद्रों को भरता है, ज़िरकोनियम धातु की जगह टंगस्टन कार्बाइड के साथ प्रतिक्रिया करता है। कॉपर परिणामस्वरूप नई सामग्री की सतह पर एक पतली फिल्म बनाता है।

टंगस्टन, जारी, छिद्रों को भरता है। इस प्रकार, सामग्री अपने मूल आकार को बरकरार रखती है, लेकिन इसकी संरचना बदल रही है। यह सब ताकत विशेषताओं को बदलने के बिना बहुत अधिक तापमान का सामना कर सकता है। टंगस्टन से भरे हुए छिद्रों के कारण।

वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि तांबा, जिसकी फिल्म परिणामी सामग्री को कवर करती है, कार्बन डाइऑक्साइड के साथ कॉपर ऑक्साइड बनाने और कार्बन मोनोऑक्साइड (कार्बन मोनोऑक्साइड) छोड़ने के लिए प्रतिक्रिया कर सकती है। लेकिन, जैसा कि यह निकला, अगर कार्बन मोनोऑक्साइड के छोटे अनुपात को सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड में जोड़ा जाता है, तो परिणामस्वरूप मिश्रण एक खतरनाक प्रतिक्रिया को दबा देगा। इसकी पुष्टि प्रायोगिक तौर पर होती है।

यह स्पष्ट है कि सामान्य रूप से काम करने के लिए अल्ट्रा-कुशल थर्मल सौर ऊर्जा स्टेशन के लिए, बहुत सारी सामग्री होनी चाहिए, जो ऊपर चर्चा की गई है। दुर्भाग्य से, वैज्ञानिक ज़िरकोनियम कार्बाइड से बने हीट एक्सचेंजर की लागत के बारे में नहीं कहते हैं, लेकिन आश्वासन देते हैं कि यह बहुत महंगा नहीं होगा।

नतीजतन, नए बिजली संयंत्र इतने प्रभावी हो सकते हैं कि वे आसानी से फोटो-सेल बिजली संयंत्रों और पारंपरिक लोगों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं जो जीवाश्म ईंधन पर चलते हैं।



यह ध्यान देने योग्य है कि अब सौर ऊर्जा पर चलने वाले थर्मल पावर प्लांट अभी भी बनाए जा रहे हैं। वे उन क्षेत्रों में स्थित हैं जो बहुत उच्च स्तर के अलगाव के साथ हैं, उदाहरण के लिए, संयुक्त अरब अमीरात और इज़राइल। बाद के लिए, 110 मेगावाट की क्षमता वाले इस तरह के सबसे बड़े बिजली संयंत्रों में से एक अपने क्षेत्र में काम कर रहा है।

प्रकृति , 2018. DOI: 10.1038 / s41586-018-0593-1