211service.com
Keramisk pumpe, der tager varmen, lover billig, effektiv netopbevaring
Christopher Moore, Georgia Tech
Forskere har udviklet en keramisk pumpe, der kan fungere ved 1.400 ˚C, flere hundrede grader varmere end eksisterende varmeoverførselssystemer, hvilket åbner op for betydelige nye muligheder for energilagring.
Specifikt forfatterne af ny undersøgelse , offentliggjort i tidsskriftet Natur onsdag, mener, at det kunne bruges til at udvikle et effektivt netlagersystem, der i sidste ende kan hjælpe med at gøre vedvarende kilder som vind og sol lige så billige og pålidelige som naturgasanlæg (se Serial Battery Entrepreneur's New Venture tackler Clean Energy's Biggest Problem).
Det pågældende termiske lagringssystem ville bruge flydende metaller som smeltet silicium, som ville muliggøre lagring og overførsel af varmeenergi ved langt højere temperaturer end typisk anvendte materialer, såsom smeltede salte. Højere temperaturer betyder, at mere termisk energi kan omdannes til mekanisk eller elektrisk energi, hvilket forbedrer den samlede effektivitet.
Dette gør os i stand til nu at flytte varme rundt ved ekstremt høje temperaturer, siger Asegun Henry , en assisterende professor ved Georgia Institute of Technology. Det er en trinvis ændring i forhold til, hvad du kan gøre.
Interessen for at bruge flydende metaller som varmelagringsmedium har været stigende, men udfordringen har været at udvikle pumper og rør, der ikke forringes under sådanne forhold. Keramik kan modstå utrolig høje temperaturer, men de er også skøre, hvilket gør dem til svære materialer til at skabe maskinkomponenter.
Forskerne ved Georgia Tech kom sammen med samarbejdspartnere fra Stanford og Purdue uden om denne begrænsning ved at drage fordel af nye kompositmaterialer sammen med diamantværktøj og præcisionsbearbejdning. De brugte også tætninger lavet af grafit, et andet materiale, der tåler meget høje temperaturer.
Smeltet tin flyder ved 1.400 ˚C i et Georgia Tech-laboratorium.
Prototypen af den mekaniske pumpe fungerede med succes i 72 timer i træk ved hjælp af smeltet tin, ved gennemsnitlige temperaturer på omkring 1.200 ˚C og en toptemperatur på 1.400 ˚C. Pumpen viste tegn på slid efter testene. Men som næste forskningstrin udvikler forskerne en pumpe lavet af siliciumcarbid, et hårdere keramisk materiale, der burde kunne holde meget længere.
Forskningen blev støttet af $3,6 millioner i finansiering fra ARPA-E, det amerikanske energiministeriums måneskudsenergiforskningsafdeling.
Det foreslåede netlagersystem vil bruge elektricitet fra sol-, vind- eller atomkraft til at opvarme flydende silicium til meget høje temperaturer, hvilket skaber termisk energi. I tider med høj efterspørgsel og lav energiproduktion, såsom aftener efter solen er gået ned, ville systemet returnere denne energi tilbage til nettet ved hjælp af termofotovoltaik, en type celle, der kan omdanne varme i form af infrarødt lys til elektricitet ( se varme solceller).
Det såkaldte termiske energinetlagringssystem (TEGS) ville fungere lige så godt med kul eller naturgas. Men løftet her er, at teknologien kan tilbyde en form for billig basisbelastningsopbevaring til vedvarende energi, der oplagrer nok energi, når solen skinner, og vinden blæser til at fortsætte med at producere elektricitet, selv når de ikke gør det.
Til dato har det bidrag, som rene energikilder kan yde, været begrænset af de høje omkostninger ved batterisystemer og den begrænsede geografi af lagersystemer som pumpet vandkraft.
De flydende metaller, som højtemperaturpumpen gør brugbare, har også andre potentielle anvendelser. De kan erstatte smeltede salte i koncentrerede solenergisystemer, og de kunne muliggøre nye slags metalkølede atomreaktorer (se Making Sense of Trumps overraskende investering i solenergi).