Die nächste Generation von Solarenergiekollektoren

Amerikanische Chemische Gesellschaft

Bild: Diese Granit- (links) und Specksteinproben (rechts) könnten dabei helfen, Sonnenwärme zur Stromerzeugung zu speichern.mehr sehen

Bildnachweis: Angepasst von ACS Omega, 2023, DOI: 10.1021/acsomega.3c00314

Die nächste Generation nachhaltiger Energietechnologie könnte aus einigen Low-Tech-Materialien gebaut werden: Steinen und der Sonne. Bei einem neuen Ansatz, der so genannten konzentrierten Solarenergie, wird Sonnenwärme gespeichert und dann zum Trocknen von Lebensmitteln oder zur Stromerzeugung genutzt. Ein in ACS Omega berichtendes Team hat herausgefunden, dass bestimmte Speckstein- und Granitproben aus Tansania gut für die Speicherung dieser Sonnenwärme geeignet sind und sich durch hohe Energiedichten und Stabilität auch bei hohen Temperaturen auszeichnen.

Energie wird oft in großen Batterien gespeichert, wenn sie nicht benötigt wird. Diese können jedoch teuer sein und viele Ressourcen in der Herstellung erfordern. Eine technologieärmere Alternative ist die thermische Energiespeicherung (TES), die Energie als Wärme in einer Flüssigkeit oder einem Feststoff wie Wasser, Öl oder Gestein sammelt. Wenn die Wärme freigesetzt wird, kann sie einen Generator zur Stromerzeugung antreiben. Gesteine ​​wie Granit und Speckstein werden speziell unter großer Hitze gebildet und kommen auf der ganzen Welt vor, was sie zu günstigen TES-Materialien machen könnte. Allerdings können ihre Eigenschaften stark variieren, je nachdem, wo auf der Welt sie entstanden sind, sodass einige Proben möglicherweise besser sind als andere. In Tansania treffen die geologischen Gürtel Craton und Usagaran aufeinander und beide enthalten Granit und Speckstein. Deshalb wollten Lilian Deusdedit Kakoko, Yusufu Abeid Chande Jande und Thomas Kivevele von der Nelson Mandela African Institution of Science and Technology und der Ardhi University die Eigenschaften von Speckstein und Granit untersuchen, die in jedem dieser Gürtel gefunden wurden.

Das Team sammelte mehrere Gesteinsproben aus den Gürteln und analysierte sie. Die Granitproben enthielten eine große Menge an Siliziumoxiden, die für zusätzliche Festigkeit sorgten. Allerdings enthielt der Kraton-Granit andere Verbindungen, darunter Muskovit, die anfällig für Austrocknung sind und das Gestein bei hohen Temperaturen instabil machen könnten. Im Speckstein wurde Magnesit gefunden, das ihm eine hohe Dichte und Wärmekapazität verlieh. Beim Erhitzen auf Temperaturen über 1800 Grad Fahrenheit wiesen beide Specksteinproben und der Usagaran-Granit keine sichtbaren Risse auf, der Craton-Granit zerfiel jedoch. Darüber hinaus gab der Speckstein seine gespeicherte Wärme eher ab als der Granit. Insgesamt zeigte der Craton-Speckstein die beste Leistung als TES, da er Wärme effektiv absorbieren, speichern und übertragen konnte und gleichzeitig eine gute chemische Stabilität und mechanische Festigkeit beibehielt. Die anderen Gesteine ​​könnten jedoch besser für eine TES-Anwendung mit niedrigerer Energie geeignet sein, beispielsweise für einen Solartrockner. Die Forscher sagen, dass zwar weitere Experimente erforderlich seien, diese Proben jedoch vielversprechend seien, um ein nachhaltiges Energiespeichermaterial zu sein.

Die Autoren danken für die Finanzierung durch die Partnerships for Enhanced Engagement in Research unter den National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine; und die United States Agency for International Development.

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ACS Omega

10.1021/acsomega.3c00314

„Experimentelle Untersuchung von Speckstein- und Granitgesteinen als Energiespeichermaterialien für die konzentrierte Solarstromerzeugung und solare Trocknungstechnologie“

17. Mai 2023

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