スペインの太陽熱発電所Gemasolar。 その容量により、25,000世帯に電力を供給できます。
太陽、風、水は無料で再生可能なエネルギー源です。 主なものは、これらのソースから電気を生成する技術です。 効果的で比較的安価でなければなりません。 グリーンエネルギーの基盤を構成するテクノロジーの有効性とコストは、改善できる特性です。
太陽のエネルギーから電気を生成するために使用される太陽電池を思い出すと、そのコストは徐々に低下しています。つまり、「太陽光発電」のコストが削減されています。 しかし、「単一の光電池ではない」-太陽光からエネルギーを生成する別の技術があります。 これらは、太陽熱発電所です。
それらは、太陽のエネルギーをビームに集束する放物面鏡のおかげで機能し、それが塩の貯蔵所に送られます。 後者は溶融物に変わり、冷却剤の役割を果たし始めます。 クーラントは水に熱エネルギーを放出し、水は過熱蒸気になります。 さて、蒸気はタービンを回転させ、電流を生成します。
そのため、太陽熱発電所で生産される電気のコストは、太陽電池の助けを借りて得られるエネルギーのコストよりも高くなります。 さらに、このエネルギー生成方法を使用できる領域の数は多すぎません。 これはすべて、太陽熱発電所があまり一般的ではないという事実につながります。
ところで、特定の条件下では、水と蒸気の代わりに、「超臨界ガス」-二酸化炭素を使用できます。 確かに、それを使用するには1000Kのオーダーの温度が必要ですが、これは常に実際に達成できるとは限りません。 実際、多くの金属はこのような高温で溶けます。 溶けない他のものは二酸化炭素と容易に反応します。 しかし、目標は魅力的です。事実、二酸化炭素を使用すると、そのようなステーションの効率が20％向上します。
比較的最近、上記の温度では溶けず、二酸化炭素と反応しない2つの材料の「熱太陽エネルギー」での使用の可能性に関する情報が登場しました。 これらは、タングステンとジルコニウムの炭化物（ZrCの化学式を持つジルコニウム金属と炭素の化合物）です。
どちらの材料も非常に高い融点と優れた熱伝導率を備えています。 さらに、高温では、これら2つの材料は硬度を維持しながら、実際には膨張しません。 一般に、両方の候補者は優れていますが、その生産プロセスとコストは非常に高くなります。
当初、太陽熱エネルギーの問題を研究する科学者は、炭化タングステンの研究を始めました。 それは焼結することができ、焼結粉末はほぼすべての形状を与えます。 さらに、材料は銅とジルコニウムの溶融物とともに浴に入れられます。 溶融混合物が元の材料の細孔を満たし、ジルコニウムがタングステンカーバイドと反応して、金属を置き換えます。 銅は、新しい材料の表面に薄膜を形成します。
放出されたタングステンが毛穴を埋めます。 したがって、材料は元の形状を保持しますが、その組成は変化します。 これはすべて、強度特性を変えずに非常に高い温度に耐えます。 主にタングステンで満たされた細孔によるものです。
科学者は、結果として生じる材料を覆う膜の銅が二酸化炭素と反応して酸化銅を形成し、一酸化炭素（一酸化炭素）を放出するという結論に達しました。 しかし、判明したように、超臨界二酸化炭素に少量の一酸化炭素を加えると、結果として生じる混合物は危険な反応を抑制します。 これは実験的に確認されています。
超効率的な太陽熱発電所が正常に機能するためには、上記で説明した多くの材料が必要であることは明らかです。 残念ながら、科学者はジルコニウムカーバイド製の熱交換器のコストについては言及していませんが、高価すぎないことを保証しています。
その結果、新しい発電所は非常に効果的になり、フォトセル発電所と化石燃料で稼働する従来の発電所の両方と簡単に競合できるようになります。
太陽エネルギーで動作する火力発電所がまだ建設中であることは注目に値します。 それらは、UAEやイスラエルなど、日射量が非常に高い地域にあります。 後者については、110 MWの容量を持つこの種の最大の発電所の1つがその領域で稼働しています。
Nature 、2018. DOI： 10.1038 / s41586-018-0593-1