Nuevos picos de “esponja” de aerogel transparente la bola de energía solar

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Es modular, se implementa fácilmente y puede generar calor en procesos industriales de hasta 1300 grados Fahrenheit. Ese es el argumento para un nuevo sistema de energía solar de concentración equipado con baldosas que atrapan el calor en forma de aerogel transparente similar a una esponja. El objetivo final es eliminar la energía fósil de las áreas difíciles de descarbonizar del sector industrial. Ahora bien, ¿dónde están todas aquellas personas que pensaban que concentrar la energía solar era un callejón sin salida?

Concentración de energía solar para cualquiera: el informe de mi muerte fue …

Los sistemas de energía solar de concentración están diseñados para proporcionar calor, no electricidad. Funcionan recolectando la luz solar ambiental de muchos puntos diferentes, generalmente de una serie de espejos especializados o una serie de canales largos. La luz concentrada se enfoca en un punto central en el caso de los espejos, o tubos largos en el caso de los comederos. Luego, el calor se transfiere a un fluido recirculante transportable, como sal fundida o un aceite especializado.

Por lo general, el fluido caliente se usa luego para hervir agua para generar vapor. A su vez, el vapor se utiliza para hacer funcionar turbinas para producir electricidad. Eso plantea la pregunta de por qué no usar células solares para generar electricidad directamente y omitir todo el tema de la producción de vapor. Después de todo, lo del vapor agrega más infraestructura, más complejidad y más costos.

Ese fue el argumento básico desplegado por los críticos de la tecnología solar de concentración durante los primeros años. Sin embargo, uno de los atractivos de la concentración de energía solar es el ángulo de almacenamiento de energía. Una vez que el fluido en circulación se calienta, puede permanecer caliente durante horas, lo que permite que una planta de energía de vapor siga produciendo kilovatios mucho después de que se haya puesto el sol.

…Una exageración

A pesar de un aluvión de críticas, el Departamento de Energía de EE. UU. Comenzó a promover la concentración de energía solar como un escaparate del conocimiento estadounidense sobre energía limpia durante toda la administración Obama. El Departamento de Energía continuó llevando la antorcha de las mejoras tecnológicas adicionales durante la administración que siguió a la administración de Obama y desde entonces ha sido reemplazada por la administración de Biden. Los proyectos incluyeron algunos movimientos interesantes en el área del dióxido de carbono supercrítico y otras innovaciones destinadas a permitir que la energía solar compita mano a mano con la energía fósil por el control de la red eléctrica del país.

Eso está muy bien para descarbonizar el negocio de generación de electricidad, pero aún deja el área del calor de procesos industriales completamente abierta.

A principios de este año, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía analizó los números y describió la necesidad de hacer algo al respecto calor de proceso industrial, como las fábricas de papel y otros procesos industriales que requieren calor.

“Los combustibles fósiles representan aproximadamente el 87% de todo el uso de combustible de fabricación en los Estados Unidos, que es esencialmente el mismo que hace cuatro décadas”, observó NREL, enfatizando la necesidad de un enfoque estratégico.

Irónicamente, gran parte del uso de combustible en la fabricación está relacionado con la refinación de petróleo. Con base en cifras de 2014, NREL estima que la industria del petróleo es, con mucho, el usuario más importante de combustible para el calor de procesos industriales, registrando 2-1 / 2 veces el siguiente mayor usuario.

Contando a partir de refinerías de petróleo en orden de tamaño, NREL clasifica a los mayores usuarios de calor de procesos industriales como fábricas de papel (excepto papel de periódico), fábricas de cartón, siderurgia, productos químicos básicos y producción de alcohol etílico. Junto con el petróleo, estos sectores representan aproximadamente la mitad de todo el calor de procesos industriales utilizado en los EE. UU.

Nueva vida para la energía solar de concentración

Entre otras tecnologías solares, el nuevo informe NREL indica que los sistemas solares de concentración que despliegan colectores cilindro-parabólicos podrían ser la clave para una estrategia eficiente para descarbonizar los procesos industriales.

“La tecnología PTC, cuando se combina con térmicas almacenamiento de energía (TES), no solo tiene la mayor oportunidad en términos de distribución geografía y tiempo, sino también en términos de las demandas de IPH aplicables ”, se entusiasma NREL, y agrega que“ PTC con TES representa la desplazamiento de cerca de 2.500 billones de Btus de combustibles de combustión, lo que corresponde a 137 millones toneladas métricas de CO2, o aproximadamente el 15% de todas las emisiones de CO2 de la combustión industrial “.

Todo esto es a modo de decir que las mejoras en la tecnología de colectores cilindro-parabólicos podrían hacer una mella significativa en las emisiones de los usuarios industriales de energía.

Ahí es donde entra el nuevo aerogel. La semana pasada, la Universidad de Michigan anunció que está desplegando una subvención del Departamento de Energía de $ 3,1 millones para el desarrollo de un nuevo “aerogel transparente solar” para uso en plantas de energía solar de concentración de tipo canal.

“Las centrales de colectores cilindro-parabólicos, que actualmente son la tecnología termosolar más utilizada, utilizan una especie de medio tubo con espejo para concentrar la luz solar en los tubos receptores que transportan un fluido en circulación. Ese fluido absorbe calor y lo transporta para su almacenamiento o uso, generando electricidad o produciendo combustibles y otros productos químicos ”, explica la escuela.

El problema es que los sistemas convencionales de tipo canal no calientan el fluido en circulación lo suficientemente alto como para impulsar muchos procesos industriales. Con la ayuda de recubrimientos especiales, pueden llegar a aproximadamente 1,000 grados Fahrenheit, lo que les permite cubrir algunos casos de uso industrial, pero muchos más permanecen intactos, lo que explica por qué los investigadores han estado buscando aerogeles y otros recubrimientos nuevos que son más duraderos. y más eficiente.

Una carta de amor de la NASA a la Tierra

Teniendo en cuenta que Estados Unidos dominó los primeros años de la industria solar global a través de su programa espacial, es apropiado que el equipo de investigación de la Universidad de Michigan se haya inspirado en los aerogeles cerámicos utilizados en el transbordador espacial.

Un aerogel es un material poroso extremadamente ligero.. Las arcillas y los polímeros se encuentran entre los materiales comúnmente utilizados en la fabricación de aerogeles. Sin embargo, para tener una idea completa de lo que está sucediendo con los aerogeles, la NASA te invita a imaginarte haciendo gelatina a partir de polvo y agua, luego quitando toda el agua pero permitiendo que la gelatina retenga una forma y estructura sólidas, sin el movimiento, claro.

Tanto la NASA como el Departamento de Energía están muy interesados ​​en los aerogeles debido a sus superiores cualidades aislantes, lo que explica por qué han aparecido en el exterior del Transbordador Espacial, entre otros usos.

El truco es dejar entrar la mayor cantidad de luz solar para obtener la ganancia de calor más efectiva, mientras se evita que se escape la mayor cantidad de calor. El equipo ha estado trabajando con la firma Materiales AeroShield para desarrollar sus nuevas placas de aerogel transparente, que están dimensionadas para su uso en un cilindro parabólico estándar de cuatro metros.

La durabilidad también entra en juego. Con ayuda de la empresa Forja Nano, las baldosas de aerogel tienen un recubrimiento especial, delgado como un átomo, que evita que se degraden o agrieten bajo altas temperaturas.

El equipo confía en que el nuevo aerogel permitirá que los sistemas de energía solar cilindroparabólica calienten un fluido en circulación hasta 1.300 grados Fahrenheit. También imaginan un sistema modular y escalable que podría implementarse ampliamente en sitios industriales.

Próximos pasos para la concentración de energía solar

Con los nuevos fondos disponibles, el equipo podrá construir un sistema de demostración a escala piloto. El plan también incluye el desarrollo de estrategias de fabricación que aumentan la eficiencia y reducen los costos.

Además de los $ 3.1 millones para el modelo de demostración, el equipo también ganó una subvención del Departamento de Energía de $ 300,000 destinada a identificar materiales que proporcionen un equilibrio aún más efectivo entre la ganancia y la pérdida de calor en los sistemas solares de concentración.

Parece que la industria solar está a punto de entrar en la Era de la Transparencia. Además de los aerogeles transparentes para sistemas solares de concentración, la tecnología fotovoltaica también se está renovando.

Sigueme en Twitter: @TinaMCasey.

Foto: “Un aerogel transparente al sol se coloca en un dispositivo que aplicará una capa de un átomo de espesor para su uso en plantas de energía solar térmica “. Crédito de la imagen: Evan Dougherty / Michigan Engineering.

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Y, sin más, me despido hasta una próxima vez. ¡Nos vemos!

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