Новый композиционный материал, созданный учеными, увеличит долговечность солнечных башен.
Совместная работа ученых из НИТУ «МИСиС» и Центрального научно-исследовательского института металлургии (Египет) привела к созданию композиционного материала, способного увеличить срок эксплуатации солнечных башен – установок для сбора солнечной тепловой энергии – с двух-трех до пяти лет. Описание этой разработки можно найти в журнале Renewable Energy.
Солнечные электростанции (СЭС) приобретают все большую популярность, поскольку они позволяют собирать и преобразовывать солнечную энергию в промышленных масштабах. Особый интерес представляют солнечные башни – это уникальные конструкции, включающие высокую башню с резервуаром воды и турбинной системой.
Вокруг башни расположены гелиостаты — крупные вращающиеся зеркала, которые улавливают солнечные лучи и фокусируют их в единой точке. Этот концентрированный световой пучок направляется на солнечный адсорбер, выполняющий функцию поглощения тепла. Адсорбер нагревает специальный солевой раствор до температуры 600 °C. Затем солевой раствор нагревает воду, находящуюся в смежном резервуаре, и образовавшийся пар приводит в движение турбины электростанции.
Карбид кремния (SiC) часто используется в солнечных адсорберах благодаря своим ценным свойствам, таким как высокая плотность, прочность и устойчивость к окислению. Несмотря на это, у карбида кремния есть и недостатки, в частности, он может быть восприимчив к воздействию агрессивной среды, создаваемой солевыми расплавами.
Нитрид алюминия AlN является многообещающим дополнением к карбиду кремния, так как он характеризуется высокой теплопроводностью, низким коэффициентом термического расширения и высокой термостойкостью. Композиты SiC/AlN в настоящее время преимущественно используются в электронике, однако существует потенциал для их применения и в других сферах, включая системы тепловой трансформации солнечной энергии.
Сотрудники кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС», совместно с исследователями Центрального научно-исследовательского института металлургии, создали пористые композиты на основе SiC/AlN. Материалы содержат до 40% нитрида алюминия.
В процессе исследования были определены наилучшие составы добавок и режимы спекания для новых композиционных материалов. Они значительно превосходят традиционные благодаря образованию твердого раствора на границах зерен карбида кремния. Композиты обладают высокой теплопроводностью и термостойкостью, а также низким коэффициентом температурного расширения, что положительно сказывается на их характеристиках при эксплуатации.
«Для эффективной работы солнечной энергетики необходимы долговечные и безупречные материалы, — отмечает руководитель исследовательской группы из Египта, доктор Эмад Эваис. В дальнейшем планируется испытание разработанного материала в реальных солнечных установках».
Композиты на основе SiC/AlN обладают отличными термохимическими и термомеханическими характеристиками, что делает их пригодными для использования в различных высокотемпературных приложениях, включая металлургию и авиакосмическую промышленность.