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Un equipo dirigido por la Universidad de Purdue presentó un nuevo compuesto solar que podría mejorar significativamente las plantas de energía solar concentrada, tanto en eficiencia como en costos, según un nuevo estudio publicado en Naturaleza la semana pasada. Esta colaboración entre el Instituto de Tecnología de Georgia, la Universidad de Wisconsin-Madison y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge espera aumentar el uso actual de la energía solar en los EE. UU., Que permanece a menos del 2 por ciento de nuestra generación de electricidad. Pero el nuevo material del equipo puede revolucionar la industria de la energía solar concentrada.
"Creo que estamos muy cerca", dice el profesor de Purdue, Kenneth Sandhage. Inverso.
El compuesto, hecho de carburo de circonio ámico y tungsteno met al, cae dentro de una categoría de materiales llamados "cermets", conocida por su capacidad para soportar altas temperaturas y presiones. Popularizados después de la Segunda Guerra Mundial por su uso en motores a reacción, los "cermets" de la Fuerza Aérea de los EE. UU. (Los que acuñaron el término) se han convertido en una opción para aviones y cohetes espaciales. Y los reemplazos de cadera.
El equipo de Purdue tomó nota de las cualidades de cermet y encontró un nuevo entorno de alta temperatura para probarlo: centrales eléctricas concentradas.
En oposición a una granja solar fotovoltaica típica con paneles inactivos instalados en granjas o tejados, las plantas de energía solar concentrada son básicamente la versión a gran escala y bien intencionada de las hormigas ardientes bajo una lupa. Estas plantas usan espejos o lentes para concentrar la energía del sol. En lugar de hormigas muertas, obtenemos calor transferido a sales fundidas. Las placas hechas de acero inoxidable o aleaciones a base de níquel se utilizan para transferir el calor de las sales a un fluido que se expande para hacer girar una turbina, lo que finalmente le da electricidad. Purdue usó CO2 supercrítico como el fluido en cuestión, también conocido como CO2 a temperaturas y presiones tan altas que existe en algún lugar entre un líquido o un gas.
Esta técnica de recolección de calor del sol significa que las plantas de energía concentrada obtienen caliente. El material de las placas utilizadas para transferir calor es un cuello de botella en el sistema: el acero inoxidable actual o las aleaciones a base de níquel alcanzan una capacidad de alrededor de 550 grados centígrados antes de suavizarse, un poco menos de 100 grados más caliente que el planeta más caliente de nuestro sistema solar, Venus.
Después de las pruebas mecánicas en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, el equipo descubrió que el nuevo compuesto nos permite ir aún más calientes, a unos 750 grados centígrados, que está en el lado frío de la lava. El cermet de Purdue también es dos o tres veces más conductor que el estándar actual de la industria.
Además de lograr niveles de calor abrasadores, esta diferencia de temperatura permite que una planta aumente su conversión de calor a electricidad en más del 20 por ciento. A mayor escala, la nueva eficiencia del compuesto de metal y cerámica sería más barata que los materiales actuales y podría ayudar a reducir drásticamente las emisiones de dióxido de carbono.
Por muy impresionantes que puedan ser los metales cerámicos, el equipo primero enfrentó problemas de corrosión, ya que el CO2 supercrítico oxidaría las placas, reduciendo su productividad. Sin embargo, basándose en los conceptos de química fundamental, los investigadores descubrieron que agregar una capa de cobre a la superficie de las placas de cermet y agregar 50 partes por millón de monóxido de carbono al CO2 supercrítico mitiga el problema. El equipo ha presentado una patente para el nuevo material.
A partir de 2018, las plantas de energía solar concentrada producen aproximadamente 1,400 MW de energía para los EE. UU. Por año. Si bien en la actualidad es más barato cosechar la luz solar utilizando la energía fotovoltaica tradicional, las baterías para almacenarla son caras: en realidad es más barato almacenar el calor, como lo hace la energía solar concentrada. Con este nuevo compuesto, el costo de la recolección de calor disminuye. Combinado con la capacidad de ayudar a cerrar la brecha de energía presentada por la energía solar durante la noche, esto hace que la energía solar concentrada sea mucho más competitiva.
"Creo que es un momento emocionante para estar en ingeniería de materiales", comenta Sandhage. "Tenemos problemas muy serios a los que nos enfrentamos, pero es una cuestión de hacer el trabajo duro de la ingeniería para traer los materiales correctos, traer el diseño correcto y continuar con los problemas". Estamos entusiasmados con el papel que podemos desempeñar ".
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