التطبيقات في صناعة الطاقة
مستقبل إمدادات الطاقة
يتطلب الانتقال العالمي إلى الطاقات المتجددة أساليب مبتكرة في تطوير المواد وتحسين العمليات. وتساعد التحليلات الحرارية على اختبار المواد الجديدة لتوليد الطاقة بكفاءة وتقييم استخدامها في الأنظمة الحقيقية. وبهذه الطريقة، يتم تطوير المواد خصيصًا للحفاظ على الموارد وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
الخواص الحرارية للوقود
قياس الموصلية الحرارية التوصيل الحراري, والسعة الحرارية والقدرة الحرارية والتمدد الحراري للوقود الكلاسيكي مثل الفحم والنفط الخام والغاز الطبيعي مما يتيح تحسين عمليات الاحتراق. يوفر التحليل الحراري بيانات مهمة لتصميم غلايات محطات توليد الطاقة ومكونات التوربينات ويساعد على زيادة إنتاجية الطاقة إلى أقصى حد مع تقليل تآكل المواد.
إمدادات الطاقة من خلال ضوء الشمس
أكثر من 90% من الوحدات الشمسية المركبة بالفعل اليوم مصنوعة من رقائق السيليكون متعدد البلورات. وتعتمد النسبة المتبقية على الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، والتي من المتوقع أن ترتفع حصتها في السوق إلى 20 % بحلول عام 2020 (المصدر: DECHEMA e.V., Chemie als als ein ein Innovationstreiber in der Materialforschung). تلعب الخلايا الكهروضوئية وما شابهها دورًا متزايد الأهمية في مكافحة تغير المناخ وحماية مواردنا والتحول في مجال الطاقة.
لذلك يجب على بحوث المواد تطوير خلايا شمسية فعالة من حيث التكلفة وفعالة من حيث التكلفة وفعالة من حيث الكفاءة والمتانة من أجل الاستفادة من الطاقة الشمسية بفعالية.
مواد المستقبل:
- خلية سيلينيد النحاس الإنديوم الغاليوم السيلينيوم الشمسية
- الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة
- الخلايا الكهروضوئية العضوية (الوصلات المتغايرة البوليمرية، والخلايا الحساسة للصبغة، والأنظمة العضوية غير العضوية الهجينة)
مواد الخلايا الشمسية المبتكرة
وبالإضافة إلى السيليكون التقليدي، هناك أنواع جديدة من الخلايا مثل CIGS وتيلورايد الكادميوم والبيروفسكايت في قلب التطورات الحالية. وتهدف الأبحاث إلى تحسين الكفاءة وخفض تكاليف الإنتاج وزيادة عمر الخدمة في ظل الظروف المناخية المتغيرة. تتيح طرق تحليل المواد مراقبة الجودة الدقيقة للرقائق والركائز والأغشية الرقيقة.
تطوير خلايا الوقود
ويُعد الاستقرار الحراري والكفاءة الكهروكيميائية أمرًا بالغ الأهمية لخلايا الوقود. وبالإضافة إلى خلايا وقود غشاء البوليمر الإلكتروليت الغشائي (PEMFC) وخلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFC)، يجري بحث الأنظمة الهجينة التي تتيح ظروف تشغيل مرنة. وتتيح طرق التحليل الحراري مثل قياس الثقل الحراري أو DSC التحقيق في التدهور وتقادم الغشاء وسلوك التفاعل.
مواد المستقبل:
- خلايا الوقود الغشائية
- خلايا وقود الكربونات المنصهرة
- خلية وقود الأكسيد الصلب
إمدادات الطاقة المستدامة من خلال الأملاح المنصهرة
يلعب استخدام الأملاح المنصهرة دوراً متزايد الأهمية في إمدادات الطاقة المستدامة. وتوفر هذه المواد المستقرة ذات درجة الحرارة العالية خصائص حرارية رائعة ذات أهمية حاسمة في تطبيقات مثل مفاعلات الانشطار النووي ومحطات الطاقة الشمسية.
ويؤدي الملح المنصهر FLiNaK على وجه الخصوص، وهو خليط من فلوريد الليثيوم (LiF) وفلوريد الصوديوم (NaF) وفلوريد البوتاسيوم (KF)، دورًا رئيسيًا في هذه التقنيات حيث إنه يتمتع بتوصيل حراري استثنائي.
أمثلة عملية وتطبيقات صناعية
- التحسين الأمثل لأنظمة الطاقة الشمسية الحرارية من خلال اختيار المواد المستهدفة
- تحليل الوحدات الكهروضوئية وإعادة تدويرها
- مراقبة جودة الوقود لموردي الطاقة
- دراسات طويلة الأجل حول مواد تخزين الحرارة في محطات الطاقة