Correzione della corrosione frattale nel CSP Gen3 di Ranga Pitchumani

Pubblicato il9 giugno 20239 giugno 2023AutoreSusan Kraemer

Come un nuovo rivestimento in acciaio frattale previene la corrosione nel CSP Gen3, descritto in Nuove superfici assorbenti solari con struttura frattale per energia solare concentrata pubblicato su Elsevier: Solar Energy Materials and Solar Cells

Recentemente abbiamo incontrato il dottor Ranga Pitchumani, che è stato il capo scienziato dell'iniziativa SunShot, direttore fondatore del suo programma CSP (Concentrating Solar Power) e direttore del programma di integrazione dei sistemi (griglia) dell'iniziativa presso il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ( DOE). Ora è tornato nella sua casa accademica alla Virginia Tech, dove è professore di ingegneria meccanica George R. Goodson Endowed Chair. Dirige il Laboratorio di Materiali e Tecnologie Avanzate su un'ampia gamma di progetti sul nesso energia-materiali e insegna a una nuova generazione di studenti Soluzioni Energetiche Sostenibili.

SK:Grazie per aver dedicato del tempo a parlare con me.

PR:È un piacere connettermi con te, Susan, dopo tutti questi anni.

SK: Voglio sapere del tuo nuovo articolo sull'uso della superficie frattale per ridurre la corrosione. Ma prima, per capire perché; quest'altro articolo di cui sei coautore di recente copre tanti altri tentativi di risolvere la corrosione nel CSP. Deve essere lo studio più completo mai realizzato. (Progressi e opportunità nella mitigazione della corrosione nei fluidi termovettori per l’energia solare a concentrazione di prossima generazione nel 2023)

PR: SÌ. Si tratta di una revisione molto dettagliata del lavoro svolto fino ad oggi sulla corrosione delle leghe nei sali fusi, nei metalli liquidi e nella CO2 supercritica. È un bel compendio di approfondimenti sui meccanismi di corrosione e sui diversi approcci per mitigarla. Sebbene esistano numerosi studi in tutto il mondo sul controllo della corrosione, il documento li riunisce su una piattaforma comune con l’obiettivo di concentrare gli sforzi futuri sulle esigenze del CSP Gen3.

SK: So che hai pubblicato su molti aspetti della scienza dei materiali. Perché la corrosione è importante per CSP adesso?

PR: Uno dei grandi vantaggi del CSP è che può immagazzinare energia termica. Questo è un bel vantaggio, ma anche una sfida in termini di portare il CSP al livello successivo, dove il costo livellato del CSP deve essere inferiore. Uno dei modi per rendere il CSP economicamente vantaggioso è aumentare la temperatura operativa dell'impianto in modo da avere una CO2 supercritica a temperatura più elevata o il fluido di lavoro che verrà inviato al sistema di conversione di potenza per generare elettricità. Il DOE mira a raggiungere una temperatura CSP Gen3 superiore a 650 °C e fino a 750 °C o più. Con le temperature operative più elevate mirate, la corrosione è una preoccupazione fondamentale nel percorso del liquido per CSP Gen3 in cui il calore concentrato dalla radiazione solare viene catturato in sali fusi o metalli liquidi come fluidi di trasferimento del calore.

SK:I 6 o 7 GW di CSP attualmente disponibili: sono a rischio di corrosione?

PR: Oh no. La corrosione del sale solare è generalmente ben compresa e ben contenuta negli attuali impianti CSP (Gen2). La sfida irrisolta della corrosione si presenta quando si porta il CSP a temperature più elevate dove i fluidi di trasferimento del calore vitali come cloruri, carbonati, ecc., sono estremamente corrosivi per le leghe di contenimento. Affinché il CSP di prossima generazione possa realizzarsi, tutti i pezzi del puzzle devono incastrarsi bene, come ricevitori ad alta temperatura, soluzioni per mitigare la corrosione dovuta ai fluidi di trasferimento del calore, blocco di alimentazione a CO2 supercritico ad alta efficienza, ecc.

SK: Quindi tutti questi documenti riguardano solo il CSP di prossima generazione e il calore per l'industria e la termochimica solare nei reattori a temperature più elevate?

PR: Perché è lì che sta il problema e diventa più grave man mano che si vanno a temperature più elevate. Un'affermazione colloquiale della legge di Arrhenius è che all'aumentare della temperatura si scatena l'inferno, il che significa che il tasso di corrosione aumenta drasticamente. Quindi potrebbe sembrare un piccolo cambiamento dai 565°C, dove operano gli impianti esistenti, ai 650°C. Sono solo 85 gradi in più. Ma anche questa differenza di temperatura ha un notevole impatto sulla corrosione a causa della natura esponenziale di come la velocità di corrosione dipende dalla temperatura.