Учёные НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Центрального научно-исследовательского института металлургии (г. Каир, Египет) разработали композиционный материал, который позволит продлить срок службы солнечных башен — установок для сбора тепловой энергии Солнца — с двух-трёх до пяти лет.
Статья о разработке опубликована в журнале Renewable Energy.
В регионах с большим количеством солнечных дней всё более популярными становятся солнечные электростанции (СЭС). Солнечную энергию, как показывает практика, можно эффективно собирать и перерабатывать в промышленных масштабах.
Один из видов СЭС — так называемые солнечные башни. Это сооружение, представляющее собой высокую башню с резервуаром воды и турбинной системой внутри. Башня окружена по периметру гелиостатами — большими вращающимися зеркалами, захватывающими солнечные лучи и собирающими общий световой пучок в одной точке. Пучок попадает на солнечный адсорбер — теплопоглощающий элемент, который, в свою очередь, нагревает особый солевой раствор до 600°C. От солевого раствора уже нагревается вода в примыкающем резервуаре, а пар вращает турбины электростанции.
В качестве традиционного элемента для солнечных адсорберов выступает карбид кремния (SiC), пористый керамический материал, обладающий целым рядом полезных характеристик: высокая плотность, прочность, стойкость к окислению и многие другие. Однако и у карбида кремния есть недостатки — например, он чувствителен к агрессивной среде солевых расплавов.
Перспективным дополнением к карбиду кремния служит нитрид алюминия AlN — он обладает высокой теплопроводностью, низким коэффициентом термического расширения, высокой термостойкостью. Сейчас композиты SiC/AlN применяются, в основном, в электронике, но потенциально их можно использовать в ряде других областей, в том числе и для задач тепловой трансформации солнечной энергии.
Учёные кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» в сотрудничестве с коллегами из Центрального научно-исследовательского института металлургии (Central Metallurgical R&D Institute, CMRDI) разработали пористые композиты на основе SiC/AlN, содержащие до 40% нитрида алюминия. В ходе работы были подобраны оптимальные составы добавок и режимы спекания новых композитов, которые существенно превосходят традиционные благодаря формированию твёрдого раствора на границах зёрен карбида кремния. Наряду с высокой теплопроводностью и термостойкостью такие композиты обладают низким коэффициентом температурного расширения, что существенно улучшает их эксплуатационные параметры.
«Солнечная энергетика требует долговечных материалов без дефектов, — комментирует руководитель исследовательской группы с египетской стороны доктор Эмад Эваис (Emad M.M. Ewais). — Далее мы планируем протестировать разработанный нами материал в солнечных установках».
Благодаря хорошим термохимическим и термомеханическим свойствам, композиты SiC/AlN также перспективны для применения и в других высокотемпературных областях — металлургии и авиакосмической технике.
