Обычно новость о том, что территория покрыта вулканическим пеплом, не вызывает положительных эмоций. Однако исследователи из Барселонского университета обнаружили, что вулканический пепел обладает уникальными свойствами, которые делают его чрезвычайно эффективным средством накопления энергии.
Исторически мы рассматривали недорогие варианты хранения тепловой энергии и высокоэффективные тепловые батареи, работающие при экстремально высоких температурах. Пепел показал высокую теплопроводность и теплоемкость, оставаясь физически и химически стабильным, что выгодно отличает его от таких материалов, как жидкое олово и углеродные соединения. Вулканический пепел может стать идеальным промежуточным решением для различных применений.
Новое исследование, опубликованное в Journal of Energy Storage, посвящено концентрированной солнечной энергии, которую не следует путать с фотоэлектрическими панелями. Речь идет о тех башнях в пустынях, окруженных рядами параболических зеркал, которые следят за движением Солнца и отражают его свет в одну точку. Концентрированные лучи создают огромное количество тепла, часто превышающее 1000°C. Это тепло можно использовать для производства электроэнергии (обычно с помощью паровой турбины) или сохранять для дальнейшего использования, нагревая тепловую батарею.
Многие такие установки используют расплавленные соли из-за их способности эффективно накапливать и извлекать тепло при высоких температурах. Однако у расплавленных солей есть серьезные недостатки: они могут вызывать коррозию, изнашивать оборудование и сокращать срок службы установок. Кроме того, их производство дорого, и они могут затвердевать при низких температурах, что усложняет их использование.
Когда в 2021 году произошло извержение вулкана Ла-Пальма на Канарских островах, окрестности были покрыты 200 миллионами кубометров вулканической породы и пепла. Исследователи из Барселоны решили проверить его потенциал в качестве теплоаккумулирующей среды. Они спрессовали пепел в таблетки и подвергли его циклам нагрева и охлаждения при температурах от 250 до 750°C в течение 1000 циклов.
Зола показала высокую теплопроводность и теплоемкость, оставаясь физически и химически стабильной. Добавление расплавленных солей позволило сохранить достаточное количество тепла и снизить коррозионное воздействие. Получившийся материал можно использовать в качестве "открытого приемника" для сбора солнечной энергии.
Исследователи обнаружили, что пепел демонстрирует превосходную теплопроводность и теплоемкость, оставаясь физически и химически стабильным. За тысячу циклов масса увеличилась всего на 0,54% за счет окисления.
Кроме того, пепел подходит для использования в качестве "открытого приемника", где концентрированные солнечные лучи направляются непосредственно на конструкцию из золы. Это позволяет работать при высоких температурах с высокой эффективностью преобразования тепла в электричество.
"Вулканический пепел с острова Ла-Пальма," пишут исследователи, "имеет огромный потенциал стать альтернативным и устойчивым материалом в области хранения тепловой энергии. Он предлагает экономически эффективные решения и возможную экономию при хранении энергии."
Кроме того, пепел хорошо работает в сочетании с расплавленными солями, смягчая их коррозионное воздействие и сохраняя достаточно тепла, чтобы предотвратить затвердевание. Это делает использование золы экономически выгодным и эффективным. В настоящее время в мире нет дефицита вулканического пепла, особенно на острове Ла-Пальма