Aplicações no sector da energia
O futuro do aprovisionamento energético
A transição global para as energias renováveis exige abordagens inovadoras no desenvolvimento de materiais e na otimização de processos. As análises térmicas ajudam a testar eficientemente novos materiais para a geração de energia e a avaliar a sua utilização em sistemas reais. Desta forma, os materiais são desenvolvidos especificamente para conservar recursos e reduzir as emissões de CO₂.
Propriedades térmicas dos combustíveis
A medição da condutividade térmica , capacidade térmica e expansão térmica de combustíveis clássicos como o carvão, o petróleo bruto e o gás natural permite a otimização dos processos de combustão. A análise térmica fornece dados importantes para a conceção de caldeiras de centrais eléctricas e componentes de turbinas e ajuda a maximizar o rendimento energético, minimizando o desgaste do material.
Fornecimento de energia através da luz solar
Mais de 90 % dos módulos solares já instalados atualmente são feitos de bolachas de silício policristalino. O restante baseia-se em células solares de película fina, cuja quota de mercado deverá aumentar para 20 % até 2020 (fonte: DECHEMA e.V., Chemie als ein Innovationstreiber in der Materialforschung). A energia fotovoltaica e similares desempenham um papel cada vez mais importante na luta contra as alterações climáticas, na proteção dos nossos recursos e na transição energética.
A investigação de materiais deve, por conseguinte, desenvolver células solares que sejam rentáveis, eficientes e duradouras, a fim de utilizar eficazmente a energia solar.
Materiais do futuro:
- Célula solar de seleneto de cobre, índio e gálio
- Células solares de película fina
- Fotovoltaicos orgânicos (heterojunções de polímeros, células sensibilizadas por corantes, sistemas híbridos orgânicos-inorgânicos)
Materiais inovadores para células solares
Para além do silício tradicional, novos tipos de células como o CIGS, o telureto de cádmio e a perovskite estão no centro dos actuais desenvolvimentos. O objetivo da investigação é melhorar a eficiência, reduzir os custos de produção e aumentar a vida útil em condições climáticas variáveis. Os métodos de análise de materiais permitem um controlo preciso da qualidade de wafers, substratos e películas finas.
Desenvolvimento de pilhas de combustível
A estabilidade térmica e a eficiência eletroquímica são cruciais para as células de combustível. Para além das células de combustível de membrana de eletrólito polimérico (PEMFC) e das células de combustível de óxido sólido (SOFC), estão a ser investigados sistemas híbridos que permitem condições de funcionamento flexíveis. Os métodos de análise térmica, como a termogravimetria ou a DSC, permitem investigar a degradação, o envelhecimento da membrana e o comportamento da reação.
Materiais do futuro:
- Células de combustível de membrana
- Células de combustível de carbonato fundido
- Célula de combustível de óxido sólido
Fornecimento sustentável de energia através de sais fundidos
A utilização de sais fundidos está a desempenhar um papel cada vez mais importante no fornecimento de energia sustentável. Estes materiais estáveis a altas temperaturas oferecem propriedades térmicas notáveis que são cruciais em aplicações como os reactores de fissão nuclear e as centrais de energia solar.
O sal fundido FLiNaK, em particular, uma mistura de fluoreto de lítio (LiF), fluoreto de sódio (NaF) e fluoreto de potássio (KF), desempenha um papel fundamental nestas tecnologias, uma vez que possui uma condutividade térmica excecional.
Exemplos práticos e aplicações industriais
- Otimização de sistemas solares térmicos através da seleção de materiais específicos
- Análise e reciclagem de módulos fotovoltaicos
- Controlo da qualidade dos combustíveis para os fornecedores de energia
- Estudos a longo prazo sobre materiais de armazenamento de calor em centrais eléctricas