Как запасти энергию, разогрев вещество до 2000°C? Каковы были бы преимущества такой технологии? И какие проблемы стоят на пути её разработки?
Можно ли запасать энергию, разогрев вещество до очень высокой температуры – порядка 2000°C? Каковы были бы преимущества такой технологии? И какие проблемы стоят на пути её разработки? Ответы на эти жгучие вопросы пытаются найти учёные из этой металлургической лаборатории в Норвегии.
Необходима тщательная подготовка при работе с жидким сплавом, нагретым до 1700°C. Учёные, занятые в этом европейском исследовательском проекте, стремятся выяснить, можно ли получать электричество из тепловой энергии, когда металл раскалён до столь высоких температур. В данном опыте используется железо с добавками кремния и бора.
Учёный-материаловед Мерет Тангстад из Норвежского научно-технического университета поясняет:
– Мы начали с тех материалов, у которых наибольшая разница в энергии в жидком и твёрдом состоянии. Это, пожалуй, главный эффект, который мы изучаем. Он важен, потому что позволит нам запасать очень большую энергию в очень маленьких объёмах.
При таких температурах процесс теплопередачи смещается от проводимости или конвекции к излучению. Но процедура должна быть предельно эффективной, надёжной, стабильной и безопасной, чтобы исключить несчастные случаи, технические сбои и потери энергии. Поэтому необходимо вести мониторинг в реальном времени.
– При высоких температурах всё реагирует со всем, – говорит Наталия Собчак из Польского исследовательского литейного института. – И каждая из этих реакций может вызвать огромные изменения свойств контейнера, он даже может треснуть. В идеале мы ищем условия, которые гарантировали бы контролируемые химические реакции в процессе плавления.
Здесь, в Мадриде, ведутся дополнительные исследования по разработке первых готовых к использованию систем. Учёные рассчитывают, что их работа вскоре позволит создать недорогую тепловую электростанцию, где энергия, полученная из устойчивых источников, будет храниться в системах скрытого накопления тепловой энергии, которые смогут снабжать электроэнергией потребителей.
– Мы можем запасать от одного до двух киловатт-часов на литр, – поясняет Алехандро Датас из института Солнечной энергии. – Это примерно в 10 раз больше, чем позволяет обычная электрохимическая батарея. Вся энергия, которая производится в процессе плавления – это нерастраченная энергия. Она сохраняется в тепловой форме.
Для достижения такого результата, исследователи хотят добиться наибольшей степени преобразования накопленного тепла в электричество. А для этого требуется обратить особое внимание на электроны.
– Когда некий материал достигает определённой высокой температуры, он выделяет электроны, – говорит Даниэль Мариа Трукчи, электроинженер из CNR-ISM. – Наша задача – обеспечить эффективное высвобождение этих электронов при не слишком высокой температуре. Тогда мы сможем добиться максимального преобразования тепловой энергии в электричество. Электроны становятся транспортёрами электричества.
Уже готов первый прототип, который должен продемонстрировать осуществимость всей концепции. В нём используется мало материалов, что упрощает сборку и сокращает затраты на дальнейшее обслуживание. Если испытания пройдут успешно, учёные намерены представить свою разработку на рынке.
– Преимущество небольших систем, которые мы разрабатываем, состоит в том, что за счёт объёма продаж мы сможем увеличить производство и значительно повысить нашу производительность, – поясняет Алехандро Датас. – В краткосрочной перспективе, лет примерно через пять, мы рассчитываем выйти с этой новой технологией на рынок.