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Pompa in ceramica che prende le promesse di calore Stoccaggio a griglia economico ed efficiente
Christopher Moore, Georgia Tech
Gli scienziati hanno sviluppato una pompa in ceramica che può funzionare a 1.400 ˚C, diverse centinaia di gradi in più rispetto ai sistemi di trasferimento del calore esistenti, aprendo nuove e significative possibilità per l'accumulo di energia.
Nello specifico, gli autori del nuovo studio , pubblicato sulla rivista Natura mercoledì, ritengono che potrebbe essere utilizzato per sviluppare un efficiente sistema di accumulo della rete che potrebbe eventualmente aiutare a rendere le fonti rinnovabili come l'eolico e il solare economiche e affidabili come gli impianti a gas naturale (vedi New Venture di Serial Battery Entrepreneur affronta il problema più grande dell'energia pulita).
Il sistema di accumulo termico in questione utilizzerebbe metalli liquidi come il silicio fuso, che consentirebbe l'accumulo e il trasferimento di energia termica a temperature molto più elevate rispetto ai materiali tipicamente utilizzati, come i sali fusi. Temperature più elevate significano che più energia termica può essere convertita in energia meccanica o elettrica, migliorando l'efficienza complessiva.
Questo ci consente ora di spostare il calore a temperature estremamente elevate, afferma Asegun Henry , assistente professore presso il Georgia Institute of Technology. È un cambio di passo in termini di ciò che puoi fare.
L'interesse per l'utilizzo di metalli liquidi come mezzo di accumulo di calore è cresciuto, ma la sfida è stata lo sviluppo di pompe e tubi che non si deteriorino in tali condizioni. La ceramica può resistere a temperature incredibilmente elevate, ma è anche fragile, il che le rende materiali difficili per la creazione di componenti di macchine.
I ricercatori della Georgia Tech, insieme ai collaboratori di Stanford e Purdue, hanno aggirato questa limitazione sfruttando i nuovi materiali compositi, insieme a utensili diamantati e lavorazioni meccaniche di precisione. Hanno anche impiegato guarnizioni in grafite, un altro materiale che resiste a temperature molto elevate.
Lo stagno fuso scorre a 1.400 ˚C in un laboratorio della Georgia Tech.
La pompa meccanica prototipo ha funzionato con successo per 72 ore consecutive utilizzando stagno fuso, a temperature medie di circa 1.200 ˚C e una temperatura di picco di 1.400 ˚C. La pompa ha mostrato segni di usura dopo i test. Ma come prossimo passo della ricerca, gli scienziati stanno sviluppando una pompa in carburo di silicio, un materiale ceramico più duro che dovrebbe essere in grado di durare molto più a lungo.
La ricerca è stata sostenuta da 3,6 milioni di dollari di finanziamenti da ARPA-E, la divisione di ricerca sull'energia moonshot del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.
Il sistema di accumulo della rete proposto utilizzerebbe l'elettricità proveniente da energia solare, eolica o nucleare per riscaldare il silicio liquido a temperature molto elevate, creando energia termica. Nei periodi di forte domanda e bassa produzione di energia, come le sere dopo il tramonto, il sistema restituirebbe quell'energia alla rete utilizzando il termofotovoltaico, un tipo di cella in grado di convertire il calore sotto forma di luce infrarossa in elettricità ( vedi Celle solari calde).
Il cosiddetto sistema di stoccaggio della rete di energia termica (TEGS) funzionerebbe altrettanto bene con carbone o gas naturale. Ma la promessa qui è che la tecnologia potrebbe offrire una forma di stoccaggio di base a basso costo per le energie rinnovabili, immagazzinando abbastanza energia quando il sole splende e il vento soffia per continuare a produrre elettricità anche quando non lo sono.
Ad oggi, il contributo che le fonti di energia pulita possono dare è stato limitato dall'alto costo dei sistemi a batteria e dalla geografia ristretta dei sistemi di accumulo come il pompaggio idroelettrico.
I metalli liquidi che la pompa ad alta temperatura rende utilizzabili hanno anche altre potenziali applicazioni. Potrebbero sostituire i sali fusi nei sistemi di energia solare concentrata e potrebbero consentire nuovi tipi di reattori nucleari raffreddati a metallo (vedi Dare un senso al sorprendente investimento di Trump nel solare).