Испанские учёные из Университет Страны Басков (EHU) совместно с Калифорнийским университетом в Сан-Диего (UCSD) добились впечатляющего результата: созданные ими наноструктуры нового поколения способны поглощать до 99,5% солнечного света. Это рекордный показатель, открывающий путь к более эффективным и долговечным солнечным башням — ключевым элементам инфраструктуры возобновляемой энергетики будущего.
Как это работает
Команда исследователей из группы Thermophysical Properties of Materials EHU испытала наноиглы из кобальтата меди, покрытые оксидом цинка. Эти материалы продемонстрировали выдающиеся оптические и тепловые свойства — лучше, чем у привычных углеродных нанотрубок или чёрного кремния, которые до сих пор считались эталоном светопоглощения.
Для понимания: концентрированные солнечные электростанции (CSP) используют сотни зеркал, направляющих солнечные лучи на приёмную башню. Там тепло аккумулируется и впоследствии используется для выработки электроэнергии. Чтобы сделать этот процесс максимально эффективным, поверхность башни должна быть «ультрачёрной» — то есть уметь поглощать почти весь падающий свет и при этом выдерживать экстремальные температуры и влажность.
Углеродные нанотрубки больше не идеал
До сих пор именно вертикально выстроенные углеродные нанотрубки считались лучшим материалом для таких систем — они улавливают около 99% света. Но есть проблема: при высоких температурах и влажности они теряют стабильность и со временем разрушаются.
«Углеродные нанотрубки нестабильны при высоких температурах и в условиях высокой влажности. Для защиты их приходится покрывать более устойчивыми материалами, что снижает их эффективность», — объясняет ведущий исследователь проекта доктор Иньиго Гонсалес де Арриета.
Новые наноиглы из кобальтата меди решают эту проблему. Они не только выдерживают экстремальные условия без деградации, но и обеспечивают ещё более высокое поглощение света, особенно при покрытии слоем оксида цинка.
Выработка даже ночью
Главное преимущество CSP-систем в том, что они способны накапливать солнечное тепло в виде термической энергии. Это позволяет вырабатывать электричество даже в отсутствие солнца — например, ночью или в пасмурную погоду. Тепло сохраняется в расплавленных солях, которые выступают в роли аккумулятора: они долго удерживают энергию и по необходимости отдают её турбинам.
Однако до сих пор CSP оставались дорогими и сложными в обслуживании по сравнению с традиционными солнечными панелями (PV). Новые наноматериалы могут изменить это, сделав технологии солнечных башен более эффективными и надёжными.
Международное сотрудничество и перспективы
Эксперименты проводились в одной из немногих европейских лабораторий, способных работать с высокими температурами. В проекте также участвовал доктор Ренкун Чен из UCSD, сотрудничающий с Министерством энергетики США для испытаний наноигл на действующих солнечных башнях.
Хотя исследования находятся на ранней стадии, уже ясно: это — значительный шаг вперёд в разработке материалов для чистой и устойчивой энергетики. В Испании концентрированные солнечные электростанции уже обеспечивают около 5% национальной выработки электроэнергии, и специалисты прогнозируют, что эта доля может вырасти, если новые покрытия будут внедрены в промышленное производство.
Доктор Гонсалес де Арриета подчёркивает, что создание таких покрытий — ключ к будущему солнечной энергетики: «Мы планируем исследовать новые комбинации, включая покрытия, повышающие электропроводность наноигл».
Результаты опубликованы в журнале ScienceDirect и на сайте университетского издания Campusa.
Разработка наноигл, способных «поймать» почти весь солнечный свет и не разрушаться при экстремальных нагрузках, может радикально изменить подход к строительству солнечных башен. На горизонте — солнечные электростанции, которые будут работать дольше, эффективнее и надёжнее.
