Karakterizacija in testiranje zanesljivosti CSP prevleke z visoko absorpcijo sončnega sevanja z izotermičnimi in cikličnimi obremenitvami za napovedovanje življenjske dobe

Raziskovalcem Kemijskega inštituta je uspelo napovedati življensko dobo industrijskega absorbcijskega premaza za koncentratorske sončne elektrarne. Razvili so metodologijo obremenitev v laboratorijskih okoljih, sodobne analitike, ovrednotenja dekompozicijskih produktov ter modelskega opisa procesa staranja. Pri projektu je sodelovalo kar nekaj sodelavcev različnih področij, vodil pa ga je dr. Ivan Jerman.

Raziskovalni dosežki Karakterizacija in testiranje zanesljivosti CSP prevleke z visoko absorpcijo sončnega sevanja z izotermičnimi in cikličnimi obremenitvami za napovedovanje življenjske dobe, (High-solar-absorptance CSP coating characterization and reliability testing with isothermal and cyclic loads for service-life prediction) so objavljeni v prestižni reviji Energy & Environmental Science založnika Royal Society of Chemistry. Revija je namenjena objavljanju izjemno pomembnih in visokokakovostnih raziskav, ki postavljajo standarde za nadaljnje raziskave in se ukvarjajo s ključnimi globalnimi in družbenimi izzivi zagotavljanja oskrbe z energijo in varstva okolja za prihodnost.

Dr. Jerman pojasnjuje, da koncentrirane sončne elektrarne (CSP), ki temeljijo na tehnologiji stolpov, obljubljajo, da bodo v prihodnosti zagotovile znižanje cene električne energije pod 7,3 centov na kWh na osnovi shranjevanja toplotne energije. Omenjene elektrarne bodo tako konkurenčne termoelektrarnam in bodo glavni vir obnovljive električne energije v prihodnosti.

Tehnologija temelji na zbiranju sončne energije na več kvadratnih kilometrih površine, kjer 50.000 ogledal, preko WI-Fi tehnologije, usmerja in koncentrira sončno energijo na zbiralniku s površino 1000 m2 na stolpu z višino preko 200 m. Zbrana energija v absorberju segreva vodno paro ali talino soli, ki služi kot transportni medij. Energija se nato porabi neposredno za poganjanje klasične turbine, podobne kot je v Šoštanju, ali pa se shrani v shranjevalniku energije ter se porabi takrat, kadar ni na voljo sončne energije.

Cena tako pridobljene energije je zelo odvisna od učinkovitosti pretvorbe sončne energije v termično, za kar je odgovorna obstojnost prevleke absorberjev. Raziskave prevlek absorberjev so pokazale zmanjšano učinkovitost pretvorbe energije ob termičnem utrujanju materialov absorberja.

Raziskovalci so želeli raziskati lastnosti absorberske prevleke, ki jo vodilni industrijski partner uporablja na bodočih koncentratorskih elektrarnah. Zaradi ekstremnih toplotnih in okoljskih obremenitev med delovanjem CSP, je pričakovati prezgodnje odpovedi. Življenjska doba prevleke absorberja se odraža neposredno v učinkovitosti pretvorbe energije v primerjavi s časom delovanja in je sorazmerna z dobičkom, ki ga pričakujejo investitorji. Z uporabo napredne karakterizacije materialov, ki zagotavlja podroben vpogled v dolgoročno stabilnost in degradacijske mehanizme v simuliranih delovnih pogojih, so ugotovili razmerje med zmogljivostjo premaza in njegovo napovedjo življenjske dobe.

Večletno delo je bilo opravljeno na Kemijskem inštitutu v okviru interdisciplinarnega sodelovanja med člani Odseka za kemijo materialov (Luka Noč, Ervin Šest, Gregor Kapun, Francisco Ruiz Zepeda in Ivan Jerman) in Teoretičnega odseka (Franci Merzel).

Dodatno verodostojnost dela predstavlja dejstvo, da je bila študija izvedena na podlagi realnih materialov in podatkov, pridobljenih z največje sončne elektrarne na svetu »Ivanpah«, ki jih je priskrbel industrijski partner Brightsource Company.

Kemijski inštitut ima sicer več desetletno tradicijo na področju razvoja premazov za absorberje sončnega sevanja s številnimi objavami, patenti in sodelovanji z vodilnimi znanstvenimi in industrijskimi partnerji kot so Alanod Solar (Nemčija), Alstom Power (Švica), Fraunhofer ISE (Nemčija), Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR – Nemčija), National Renewable Energy Laboratory – NREL (ZDA).

Z objavo tega raziskovalnega dela si Kemijski inštitut utrjuje ugled pomembnega znanstvenega partnerja v evropskem in svetovnem merilu, ter si odpira vrata za nadaljnja sodelovanja z mednarodnimi znanstvenimi in industrijskimi partnerji, saj Slovenija ne načrtuje izgradnje lastne sončne elektrarne.