211service.com
Keramisk pump som tar värmen lovar billig och effektiv nätlagring
Christopher Moore, Georgia Tech
Forskare har utvecklat en keramisk pump som kan arbeta vid 1 400 ˚C, flera hundra grader varmare än befintliga värmeöverföringssystem, vilket öppnar stora nya möjligheter för energilagring.
Specifikt författarna till ny studie , publicerad i tidskriften Natur på onsdag, tror att det kan användas för att utveckla ett effektivt nätlagringssystem som så småningom kan hjälpa till att göra förnybara källor som vind och sol lika billiga och pålitliga som naturgasanläggningar (se Serial Battery Entrepreneur's New Venture tacklar Clean Energy's Biggest Problem).
Det termiska lagringssystemet i fråga skulle använda flytande metaller som smält kisel, vilket skulle möjliggöra lagring och överföring av värmeenergi vid mycket högre temperaturer än material som vanligtvis används, såsom smälta salter. Högre temperaturer innebär att mer termisk energi kan omvandlas till mekanisk eller elektrisk energi, vilket förbättrar den totala effektiviteten.
Detta gör att vi nu kan flytta runt värme vid extremt höga temperaturer, säger Asegun Henry , en biträdande professor vid Georgia Institute of Technology. Det är en stegvis förändring när det gäller vad du kan göra.
Intresset för att använda flytande metaller som värmelagringsmedium har ökat, men utmaningen har varit att utveckla pumpar och rör som inte försämras under sådana förhållanden. Keramik tål otroligt höga temperaturer, men de är också spröda, vilket gör dem svåra material för att skapa maskinkomponenter.
Forskarna vid Georgia Tech, tillsammans med medarbetare vid Stanford och Purdue, kom runt denna begränsning genom att dra nytta av nya kompositmaterial, tillsammans med diamantverktyg och precisionsbearbetning. De använde också tätningar gjorda av grafit, ett annat material som tål mycket höga temperaturer.
Smält tenn flödar vid 1 400 ˚C i ett Georgia Tech-laboratorium.
Den mekaniska prototypen av pumpen fungerade framgångsrikt i 72 timmar i sträck med smält tenn, vid medeltemperaturer på cirka 1 200 ˚C och en topptemperatur på 1 400 ˚C. Pumpen visade tecken på slitage efter testerna. Men som nästa forskningssteg utvecklar forskarna en pump gjord av kiselkarbid, ett hårdare keramiskt material som borde kunna hålla mycket längre.
Forskningen stöddes av 3,6 miljoner dollar i finansiering från ARPA-E, det amerikanska energidepartementets månskottsenergiforskningsavdelning.
Det föreslagna nätlagringssystemet skulle använda el från sol-, vind- eller kärnkraft för att värma flytande kisel till mycket höga temperaturer, vilket skapar termisk energi. Vid tider med hög efterfrågan och låg energiproduktion, som kvällar efter att solen har gått ner, skulle systemet återföra den energin till nätet med hjälp av termofotovoltaik, en typ av cell som kan omvandla värme i form av infrarött ljus till elektricitet ( se Heta solceller).
Det så kallade termiska energinätslagringssystemet (TEGS) skulle fungera lika bra med kol eller naturgas. Men löftet här är att tekniken kan erbjuda en form av billig baslastlagring för förnybara energikällor, lagra tillräckligt med energi när solen skiner och vinden blåser för att fortsätta producera el även när de inte gör det.
Hittills har bidraget som rena energikällor kan ge begränsats av de höga kostnaderna för batterisystem och den begränsade geografin för lagringssystem som pumpad vattenkraft.
De flytande metallerna som högtemperaturpumpen gör användbara har också andra potentiella tillämpningar. De kan ersätta smälta salter i koncentrerade solenergisystem, och de kan möjliggöra nya typer av metallkylda kärnreaktorer (se Making Sense of Trumps Surprising Investment in Solar).