国际工程师团队在 10 月 13 日举行的 2023 年bw必威西汉姆联官网发电和化学系统 (SolarPACES) 会议上接受了技术创新奖. 我们采访了胡安·费利佩·托雷斯 (Juan Felipe Torres) 博士，了解他们的新型bw必威西汉姆联官网涂层的结构如何模仿海珊瑚的结构.
5 岁起浮潜和水肺潜水员, 胡安·费利佩·托雷斯博士 他对大自然的热爱源于与父母和兄弟在加勒比海哥伦比亚海岸的海上冒险. 他的研究团队破纪录的bw必威西汉姆联官网创新也可以追溯到海洋, 但它的历史还要追溯到更远的时候…….
通过模仿坎坷, 2.4 亿年前石珊瑚中进化出的捕光形态, 托雷斯博士和他在bw必威西汉姆联官网 (ANU) 的团队与行业合作伙伴 Nano Fronteir Technology (NFT) 以及西班牙和日本信州大学的研究人员一起开发了一种用于收集太阳热能的新型表面涂层. 涂层可承受超过1000个太阳的照射和800°C以上的温度而不会明显降解.
新涂层将帮助bw必威西汉姆联官网热技术在取代化石燃料的其他可再生能源中占据一席之地. 托雷斯博士希望此类创新能够充分减少全球变暖, 不仅减轻影响人类生活的气候灾害, 同时也为海洋生物提供了战斗的机会, 包括构成澳大利亚大堡礁的珊瑚群.
乔·考文垂博士 以及bw必威西汉姆联官网的博士生郭一凡和 Sahar Hosseini, NFT 津田薰女士, 澳大利亚 Vast Solar 的 Kurt Drewes 先生与 Torres 博士和其他人合作开展了该研究项目, 由澳大利亚研究委员会 (ARC) 资助，并在有影响力的期刊上发表能源 & 环境科学.
太热，无法处理
聚光太阳热能 (CST) 发电厂通过调节数百个镜子将阳光集中到接收器上来收集能量，接收器将太阳辐射转化为热能. 热量可以经济地储存在熔盐中, 然后用来做诸如电网供电和生产钢铁之类的事情.
由于成本较高，CST 的采用速度慢于bw必威西汉姆联官网电池板和风力发电, 以及成本障碍之一, 托雷斯博士说, 由bw必威西汉姆联官网接收器涂层退化引起. 目前, 最先进的涂层, 由 NASA 为阿波罗计划开发, 700°C 时开始降解.
“每隔几年就会崩溃. 所以, bw必威西汉姆联官网需要停止一个巨大的工厂来重新粉刷表面,”他说. “而且它们并不容易画.”
bw必威西汉姆联官网热接收器可以像广告牌一样大，安装在距地面 200 米的地方.
bw必威西汉姆联官网接收器的工作温度为 600 至 800°C — 如果没有定期且昂贵的维护，现有涂层就无法处理这个温度. 但是新型珊瑚涂层已经在 900°C 以上的熔炉中进行了测试.
“它非常耐用，我们可以在高于工作温度的温度下老化数月，而且我们没有看到任何光学退化,bw必威西汉姆联官网.
团队现在正在测试新涂层是否因昼夜循环以及天气突然变化引起的热膨胀和热收缩而导致降解.
“突然间云堤过来，你会看到温度下降了几百度,”考文垂博士在谈到bw必威西汉姆联官网接收器时说道. “热收缩/热膨胀, 我们看到材料和涂层中都形成了很多应力. 所以, 您需要拥有在这些类型的条件下非常坚固的涂层.”
“bw必威西汉姆联官网发现涂层长时间暴露在高温下和快速循环的应力相结合会对效率产生影响,”侯赛尼女士说. “但它仍然比以前的涂层具有更高的效率. 它可以将更多的能量从太阳转移到工作流体中，并且更稳定. 所以bw必威西汉姆联官网不需要经常修复系统, 降低成本.”
更耐用的涂层的出现将使聚光bw必威西汉姆联官网发电厂能够连续运行更长的时间, 从而提高 CST 能源技术的盈利能力和可扩展性. 此外, 珊瑚风格涂层将光反射减少一半, 与最先进的技术相比. 所以, 它吸收了 98% 的bw必威西汉姆联官网，而不是原始状态下的 96%.
这对于补充没有存储空间的大型bw必威西汉姆联官网电池板发电场变得越来越必要. CST 是热而不是电. 因此, 它可以存储起来，然后在需求高的时期（晚上）进行部署, 例如）或在云层覆盖或低风期间.
珊瑚进化到太阳革命
珊瑚需要阳光进行光合作用，因为它们与生活在其中的藻类具有共生关系. 珊瑚为藻类提供庇护所, 藻类会分泌让珊瑚茁壮成长的营养物质.
进化的早期, 珊瑚群落仅限于阳光充足的浅水区. 但是当他们进入更深的海洋时, 它们进化出凸块和突起，以通过其结构内的多次反射来改善光捕获.
“应对深水中阳光的衰减, 它们进化出了不同的形态,bw必威西汉姆联官网. 凸起和突起“非常适合光吸收, 它们还提供了针对强大洋流的保护”.
2017 年, 当 NFT 要求托雷斯博士和考文垂博士探索他们带有微小突起的新涂层的有效性时, 他们注意到与珊瑚的结构相似.
“然后我们进行了三维扫描, 对珊瑚进行 3D 扫描，并开始对珊瑚进行光学分析，在这些珊瑚形态中进行光线追踪和模拟光捕获效应,bw必威西汉姆联官网. “为什么不从中学习? 为什么不了解光捕获在自然界中的工作原理并将其应用于工程问题?”
托雷斯博士举起一块涂有新涂层的黑色小瓷砖. 乍一看, 看起来很平坦. 然后, 他将瓷砖旋转到切线角度. “你可以看到小阴影,”他说. “这些色调是由珊瑚状突起产生的.”
大部分工程, 但是, 只能通过非常先进的显微镜技术才能看到. “bw必威西汉姆联官网模仿不同长度尺度的珊瑚形态, 包括微孔. bw必威西汉姆联官网还有纳米级特征, 因为bw必威西汉姆联官网需要在所有这些不同的长度上进行光捕获，以产生光学上坚固耐用的涂层.”
分层涂层设计中最大与最小长度比例约为800比1. “bw必威西汉姆联官网的涂层形态中有 100 微米的小珊瑚,”他说.
“ANU进行了各种测试：长期等温老化测试, 周期性老化测试和日晒测试, 等等,” NFT 的津田女士说道. ”他们还对bw必威西汉姆联官网制作的样品进行了详细的分析和模拟. 结果, bw必威西汉姆联官网的发展迅速加速. bw必威西汉姆联官网将ANU分析结果反馈给信州大学，继续进行进一步改进.”
bw必威西汉姆联官网他想教他的孩子们, 2 岁和 4 岁, 按照他父亲教他的方式进行水肺潜水. 几十年前, 当他第一次了解到气候变化对澳大利亚大堡礁的影响时, 他担心他的孙子们可能看不到它. 现在，由于最近的大规模白化事件，他担心他的孩子也会遭遇同样的情况.
“温度仅升高几度, 珊瑚内部的藻类开始分泌一些对珊瑚有害的物质, 珊瑚拒绝它. 这就是颜色消失的原因. 过了一会儿, 他们死了,”他解释说.
bw必威西汉姆联官网他的两种爱好, 科学与自然, 自主开发. 但是, 加入应对气候变化的斗争, 他用一个来拯救另一个.
“bw必威西汉姆联官网正在向珊瑚学习，发明更有利可图的绿色能源生产方式. 这反过来又可以减少温室气体排放, 减少全球变暖的风险, 并帮助拯救自然，包括珊瑚.”
澳大利亚可以成为清洁能源经济的沙特阿拉伯
世界上很大一部分能源网都是由沸水供电. 蒸汽力推动涡轮机发电. 当产生蒸汽的热量是通过燃烧煤或天然气产生时, 这个过程会产生温室气体并导致全球变暖. 如果热量来自bw必威西汉姆联官网, 消除温室气体.
研究人员正在研究多种可再生能源技术以用于不同的应用, bw必威西汉姆联官网.
“太阳能电池板将太阳的能量直接转化为电子, 电力, 一种叫做光电效应的东西,bw必威西汉姆联官网. “优点是不需要太多空间. 我们可以在屋顶上安装太阳能电池板.”
但对于工业过程, 例如钢铁生产, 集中bw必威西汉姆联官网以热量形式储存更有效.
太阳有多种波长. 从紫外线到红外线. bw必威西汉姆联官网电池板中使用的材料只能吸收特定范围.
“所以, 有一堆波长没有被实际使用. 这就是为什么商业光伏发电的效率为 16% 至 22%,bw必威西汉姆联官网. “我们的技术可以将整个波长范围转化为热量. 这不是电, 天气热. 其热能转化率超过90%, 很大.”
“用于大规模发电, 尤其是在晚上, 需求量大时, 最好有大型CST工厂.”
与需要电化学电池存储的光伏发电相比，聚光bw必威西汉姆联官网可以更便宜、更有效地存储.
“电化学电池, 每单位重量储存的能量很少,”托雷斯博士解释说, 补充说存在“生命周期问题,”引用手机和笔记本电脑用户抱怨电池随着时间的推移而耗尽的情况.
“热能存储很便宜. 您可以将其存储在岩石或熔盐中, 自然界丰富且易于获取的材料,”他说.
另一方面, 热能无法有效输出, 因为罐壁存在传导热损失. 这就是托雷斯博士的另一个项目, 与陆教授一起, 进来. 氢能, 他们发现了, 可以以极其稳定的方式存储为 氢微气泡加入应对气候变化的斗争.
“即使在一年内也没有泄漏. 所以, 用于出口, 最好利用热量来驱动氢气生产, bw必威西汉姆联官网将能够更稳定地存储. 此外, 以氢气形式出口对最终用户更有用, 因为氢气可以直接为使用燃料电池的设备提供动力, 例如车辆.”
这些技术和其他技术的结合将为地球气候提供解决方案, 以及促使人们继续依赖煤炭等化石燃料的经济问题.
“bw必威西汉姆联官网可以将澳大利亚变成绿色能源经济的沙特阿拉伯,”他说. “这就是可再生技术组合的意义. 这是为了实现绿色氢等未来商品的商业.”
托雷斯博士在地质年代的背景下考虑当今的拐点时，脸上露出了笑容.
“这是一个有趣的故事，因为石油实际上是集中的阳光, 通过数百万年前的树叶和动物. 但是储存在那里的所有碳, 我们正在营造气氛,bw必威西汉姆联官网.
“一旦bw必威西汉姆联官网看到自己的自然资源, 例如大堡礁因气候变化而受到破坏, bw必威西汉姆联官网自己的生计被洪水和丛林大火摧毁, bw必威西汉姆联官网需要对此采取措施.”