Zastosowania w przemyśle energetycznym
Przyszłość dostaw energii
Globalne przejście na odnawialne źródła energii wymaga innowacyjnego podejścia do rozwoju materiałów i optymalizacji procesów. Analizy termiczne pomagają skutecznie testować nowe materiały do wytwarzania energii i oceniać ich wykorzystanie w rzeczywistych systemach. W ten sposób materiały są specjalnie opracowywane w celu ochrony zasobów i zmniejszenia emisji CO₂.
Właściwości termiczne paliw
Pomiar przewodność cieplna , pojemność cieplna i rozszerzalności cieplnej klasycznych paliw, takich jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, umożliwia optymalizację procesów spalania. Analiza termiczna dostarcza ważnych danych do projektowania kotłów elektrowni i komponentów turbin oraz pomaga zmaksymalizować wydajność energetyczną przy jednoczesnym zminimalizowaniu zużycia materiałów.
Dostarczanie energii przez światło słoneczne
Ponad 90% zainstalowanych obecnie modułów słonecznych jest wykonanych z polikrystalicznych płytek krzemowych. Pozostała część oparta jest na cienkowarstwowych ogniwach słonecznych, których udział w rynku ma wzrosnąć do 20% do 2020 roku (źródło: DECHEMA e.V., Chemie als ein Innovationstreiber in der Materialforschung). Fotowoltaika i podobne rozwiązania odgrywają coraz ważniejszą rolę w walce ze zmianami klimatu, ochronie naszych zasobów i transformacji energetycznej.
Badania materiałowe muszą zatem opracować ogniwa słoneczne, które są opłacalne, wydajne i trwałe, aby skutecznie wykorzystywać energię słoneczną.
Materiały przyszłości:
- Ogniwo słoneczne z selenku indowo-galowego miedzi
- Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne
- Fotowoltaika organiczna (heterozłącza polimerowe, ogniwa światłoczułe, hybrydowe układy organiczno-nieorganiczne)
Innowacyjne materiały na ogniwa słoneczne
Oprócz tradycyjnych ogniw krzemowych, w centrum zainteresowania znajdują się nowe typy ogniw, takie jak CIGS, tellurek kadmu i perowskit. Celem badań jest poprawa wydajności, obniżenie kosztów produkcji i zwiększenie żywotności w zmieniających się warunkach klimatycznych. Metody analizy materiałów umożliwiają precyzyjną kontrolę jakości płytek, podłoży i cienkich warstw.
Rozwój ogniw paliwowych
Stabilność termiczna i wydajność elektrochemiczna mają kluczowe znaczenie dla ogniw paliwowych. Oprócz ogniw paliwowych z membraną z elektrolitu polimerowego (PEMFC) i ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC), badane są systemy hybrydowe, które umożliwiają elastyczne warunki pracy. Metody analizy termicznej, takie jak termograwimetria lub DSC, umożliwiają badanie degradacji, starzenia się membran i zachowania reakcji.
Materiały przyszłości:
- Membranowe ogniwa paliwowe
- Ogniwa paliwowe ze stopionego węglanu
- Ogniwo paliwowe na tlenek stały
Zrównoważone dostawy energii dzięki stopionym solom
Wykorzystanie stopionych soli odgrywa coraz ważniejszą rolę w zrównoważonych dostawach energii. Te stabilne w wysokich temperaturach materiały oferują niezwykłe właściwości termiczne, które są kluczowe w zastosowaniach takich jak reaktory rozszczepienia jądrowego i elektrownie słoneczne.
W szczególności stopiona sól FLiNaK, mieszanina fluorku litu (LiF), fluorku sodu (NaF) i fluorku potasu (KF), odgrywa kluczową rolę w tych technologiach, ponieważ ma wyjątkową przewodność cieplną.
Praktyczne przykłady i zastosowania przemysłowe
- Optymalizacja słonecznych systemów grzewczych poprzez ukierunkowany dobór materiałów
- Analiza i recykling modułów fotowoltaicznych
- Kontrola jakości paliwa dla dostawców energii
- Długoterminowe badania nad materiałami do magazynowania ciepła w elektrowniach