Aplicaciones en la industria energética
El futuro del suministro energético
La transición mundial a las energías renovables exige planteamientos innovadores en el desarrollo de materiales y la optimización de procesos. Los análisis térmicos ayudan a probar eficazmente nuevos materiales para la generación de energía y a evaluar su uso en sistemas reales. De este modo, los materiales se desarrollan específicamente para conservar los recursos y reducir las emisiones de CO₂.
Propiedades térmicas de los combustibles
La medición de la conductividad térmica, capacidad calorífica y expansión térmica de combustibles clásicos como el carbón, el petróleo crudo y el gas natural permite optimizar los procesos de combustión. El análisis térmico proporciona datos importantes para el diseño de calderas y componentes de turbinas de centrales eléctricas y ayuda a maximizar el rendimiento energético minimizando el desgaste de los materiales.
Suministro de energía a través de la luz solar
Más del 90 % de los módulos solares ya instalados en la actualidad están fabricados con obleas de silicio policristalino. El resto se basa en células solares de capa fina, cuya cuota de mercado se espera que aumente hasta el 20 % en 2020 (fuente: DECHEMA e.V., Chemie als ein Innovationstreiber in der Materialforschung). La energía fotovoltaica y similares desempeñan un papel cada vez más importante en la lucha contra el cambio climático, la protección de nuestros recursos y la transición energética.
Por tanto, la investigación de materiales debe desarrollar células solares que sean tecnologías rentables, eficientes y duraderas para utilizar la energía solar con eficacia.
Materiales del futuro:
- Célula solar de seleniuro de cobre, indio y galio
- Células solares de capa fina
- Fotovoltaica orgánica (heterouniones poliméricas, células sensibilizadas por colorantes, sistemas híbridos orgánico-inorgánicos)
Materiales innovadores para células solares
Además del silicio tradicional, los nuevos tipos de células, como las CIGS, las de teluro de cadmio y las de perovskita, están en el centro de los desarrollos actuales. El objetivo de la investigación es mejorar la eficiencia, reducir los costes de producción y aumentar la vida útil en condiciones climáticas cambiantes. Los métodos de análisis de materiales permiten un control preciso de la calidad de las obleas, los sustratos y las películas finas.
Desarrollo de pilas de combustible
La estabilidad térmica y la eficiencia electroquímica son cruciales para las pilas de combustible. Además de las pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEMFC) y las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC), se están investigando sistemas híbridos que permiten condiciones de funcionamiento flexibles. Los métodos de análisis térmico, como la termogravimetría o el DSC, permiten investigar la degradación, el envejecimiento de las membranas y el comportamiento de las reacciones.
Materiales del futuro:
- Pilas de combustible de membrana
- Pilas de combustible de carbonato fundido
- Pila de combustible de óxido sólido
Suministro energético sostenible mediante sales fundidas
El uso de sales fundidas desempeña un papel cada vez más importante en el suministro de energía sostenible. Estos materiales estables a altas temperaturas ofrecen notables propiedades térmicas que son cruciales en aplicaciones como los reactores de fisión nuclear y las centrales de energía solar.
En concreto, la sal fundida FLiNaK, una mezcla de fluoruro de litio (LiF), fluoruro de sodio (NaF) y fluoruro de potasio (KF), desempeña un papel clave en estas tecnologías, ya que tiene una conductividad térmica excepcional.
Ejemplos prácticos y aplicaciones industriales
- Optimización de los sistemas solares térmicos mediante la selección selectiva de materiales
- Análisis y reciclaje de módulos fotovoltaicos
- Control de calidad del combustible para proveedores de energía
- Estudios a largo plazo sobre materiales de almacenamiento de calor en centrales eléctricas