Anar al contingut

Mescla de diòxit de carbono supercrítica

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Diagrama de fases del diòxit de carbono en la fase supercrítica resaltada en cian.

Mescla de diòxit de carbono supercrítica (mescla sCO2) és una mescla homogénea de diòxit de carbono en un o més decorreguts (decorregut dopante) que es troba en o per damunt del seu temperatura i pressió crítiques.[1]

El diòxit de carbono es comporta com un decorregut supercrítico per damunt del seu temperatura crítica (304.13 K, 31.0 °C, 87.8 °F) i pressió crítica (7.3773 MPa, 72.8 atm, 1,070 psi, 73.8 bar), capaç d'expandir-se fins a ocupar el seu recipient d'igual forma que un gas, pero en la densitat característica d'un líquit.[2]

Combinant el diòxit de carbono en uns atres decorreguts, que habitualment es denominen dopantes, la temperatura crítica i pressió crítica de la mescla es pot modificar. La mescla sCO2 normalment es dissenya en la finalitat d'incrementar la temperatura crítica de la mescla per damunt de la temperatura crítica de el CO2 per al seu us en el cicle termodinàmic de les plantes de generació d'energia elèctrica, proporcionant una major eficiència energètica.[3]

Turbina de vapor

Aplicacions

Generació d'electricitat

Artícul principal → Generació d'energia elèctrica.

A pesar del desenroll de noves tecnologies de generació d'energia elèctrica, la major part de les centrals elèctriques són centrals tèrmiques, i que per tant ampren una font de calor (solar tèrmica, nuclear, combustible fòssil, biomassa, incineració, geotèrmica) per a produir electricitat. Encara que esta conversió es pot realisar de forma més directa amprant l'efecte Seebeck, l'eficiència en la producció elèctrica es veu enormement incrementada en amprar un cicle termodinàmic. Tradicionalment, la majoria de centrals termoelèctriques es basen en el cicle Rankine, i ampren turbines de vapor per a la producció d'electricitat. L'eficiència de qualsevol cicle termodinàmic es veu llimitada per la diferència de temperatura entre el foc calent i el foc fret del sistema. Quant major siga esta diferència, més electricitat es pot obtindre a partir del cicle. Reemplaçar el vapor d'aigua per diòxit de carbono supercrítico permet alcançar un major diferencial de temperatura, millorant l'eficiència energètica de la central elèctrica.


Els decorreguts en estat supercrítico intercanvien calor en més eficàcia, este efecte és més acusat en el foc calent del cicle. Ademés, el diòxit de carbono posseïx el doble de densitat sobre el vapor d'aigua. En posseir una major densitat i calor específica que atres decorreguts, permet disminuir el tamany dels components del cicle termodinàmic, lo que reduïx la chafada ecològica i l'inversió de capital en la construcció de l'instalació. Adicionalment, el diòxit de carbono supercrítico és ignífugo, no tòxic i barat.[4] L'eficiència es pot incrementar encara més amprant un cicle combinat.[5]

Una de les principals llimitacions que ha retardat l'us massiu de diòxit de carbono i mescles de diòxit de carbono supercríticas és la corrosió. Els materials en contacte en el decorregut supercrítico deuen tindre una elevada resistència a esforços mecànics a alta temperatura , i especialment a fluencia en calenta. .[6]

Energia solar de concentració

Artícul principal → Generació d'energia elèctrica.
Solúcar PS10, la primera planta solar termoelèctrica per tecnologia de torre explotada comercialment. Es troba en Sanlúcar la Major, Sevilla, Espanya

L'energia termosolar de concentració (CSP) és una tecnologia d'energia solar tèrmica que usa espills o lents per a concentrar la llum solar en un receptor.[7] El receptor alcança molt altes temperatures, de fins a 1000 °C en el cas de les centrals solars de torre comercials, i més encara en prototips.[8] Açò facilita un alta taxa de conversió d'energia elèctrica, encara que para això també és necessari amprar un cicle termodinàmic adequat.[9]

Amprar diòxit de carbono supercrítico com a decorregut per al cicle termodinàmic en centrals d'energia solar de concentració pot supondre un important aforro. La major eficiència energètica obtinguda permet produir la mateixa cantitat d'electricitat en una menor ocupació del terreny. Açò, unit a atres reduccions de cost, permetria, segons estimacions, que el cost de producció d'electricitat en condicions climàtiques favorables es reduïxca a 9,5-10 centaus de dólar.[10] No obstant, una instalació d'eixe tipo supon numerosos desafius en el camp de l'ingenieria industrial i la ciència de materials, principalment en el disseny de receptors solars capaços de soportar pressions superiors al punt crític del decorregut, i en els sistemes d'almagasenament d'energia tèrmica associats.[11]


Els cicles termodinàmics de decorreguts supercríticos requerixen que, en el foc fret del cicle, la temperatura del decorregut es trobe prop de la seua temperatura crítica, i idealment a una temperatura menor, Si esta condició es complix per al diòxit de carbono supercrítico, l'eficiència és superior a l'obtinguda en qualsevol cicle Rankine d'aigua/vapor en eixes mateixes condicions.[12]

No obstant, les plantes solars de concentració s'instalen generalment en climes àrits, en els que la temperatura ambiente a sovint supera els 35 °C. En eixes condicions, no seria possible gelar lo suficient el diòxit de carbono com per a alcançar un alt grau d'eficiència, sino que el treball de compressió requerit per a fer funcionar el cicle termodinàmic és massa elevat, reduint considerablement l'eficiència de la central tèrmica. Per a solucionar açò, es pot amprar una mescla de diòxit de carbono supercrítica.[13] Varis estudis científics s'han centrat en este objectiu, evaluant la temperatura i pressió crítiques de diverses mescles de diòxit de carbono en un o varis decorreguts dopantes. A modo d'eixemple, una mescla en una temperatura crítica de 80 °C pot proporcionar eficiència superiors als cicles Rankine aigua/vapor per a temperatures del foc fret de fins a 50 °C.[12]

Propietats de vàries mescles sCO2.[13]
Decorregut dopante (%molar) Massa molecular del dopante (g/mol) Temperatura crítica de la mescla (°C) Pressió crítica de la mescla (bar)
C6F6 (10) 58.21 80.28 112.4
C6F6 (15) 65.32 102.1 121.3
C6F6 (20) 72.42 121.9 123.6
TiCl4 (15) 65.86 93.76 190.9
TiCl4 (20) 73.15 149.6 243.7

El proyecte SCARABEUS ("Supercritical CARbon dioxide/Alternative fluids Blends for Efficiency Opgrade of Solar power plants"), pertanyent al programa d'investigació Horisó 2020, de l'Unió Europea, realisa una nova aproximació conceptual per a implementar les mescles de diòxit de carbono supercríticas en instalacions d'energia solar de concentració, en la finalitat de reduir els costs de capital i costs d'operació per mig de l'ocupació de cicles termodinàmics més eficients. El proyecte SCARABEUS és desenrollat per un consorci d'universitats europees(Politecnico vaig donar Milano and Università degli Studi vaig donar Brescia d'Itàlia, Technische Universität Wien d'Àustria, Universitat de Sevilla d'Espanya i University of London de Regne Unit) i companyies privades (Kelvion d'Alemània, Baker Hughes d'Estats Units i Abengoa d'Espanya) en experiència en energia solar de concentració.[14][15]


Referències

  1. ↑ «Supercritical CARbon dioxide/Alternative fluids Blends for Efficiency Upgrade of Solar power plant». ResearchGate.
  2. ↑ «A New Equation of State for Carbon Dioxide Covering the Fluïu Region from the Triple‐Point Temperature to 1100 K at Pressures up to 800 MPa».Journal of Physical and Chemical Reference Data.25(6)
    1509–1596.ISSN 0047-2689.doi:10.1063/1.555991.Consultat el 2022-11-30.
  3. ↑ «Supercritical carbon dioxide/alternative fluids blends for efficiency upgrade of solar power plant».Conference Proceedings of the European sCO2 Conference3rd European Conference on Supercritical CO2 (sCO2) Power Systems 2019: 19th-20th September 2019.
    p. 222.doi:10.17185/DUEPUBLICO/48892.Consultat el 2022-11-30.
  4. ↑ «What Llaure Supercritical CO2 Power Cycles?» (en en-us). POWER Magazine. Consultat el 2022-12-16.
  5. ↑ «Combined cycles – techouse» (en en-us). Archivat des d'el original, el 15 de decembre de 2022. Consultat el 2022-12-16.
  6. ↑ «Corrosion product formation on zinc-coated steel in wet supercritical carbon dioxide».Arabian Journal of Chemistry.15(3)
    103636.ISSN 1878-5352.doi:10.1016/j.arabjc.2021.103636.Consultat el 2022-12-16.
  7. ↑ «How CSP Works: Tower, Trough, Fresnel or Dish» (en en-us). SolarPACES. Consultat el 2022-12-16.
  8. ↑ «High temperature central tower plants for concentrated solar power: 2021 overview».Renewable and Sustainable Energy Reviews.155
    111828.ISSN 1364-0321.doi:10.1016/j.rser.2021.111828.Consultat el 2022-12-21.
  9. ↑ «Supercritical carbon dioxide/alternative fluids blends for efficiency upgrade of solar power plant».Conference Proceedings of the European sCO2 Conference3rd European Conference on Supercritical CO2 (sCO2) Power Systems 2019: 19th-20th September 2019.
    p. 222.doi:10.17185/DUEPUBLICO/48892.Consultat el 2022-12-21.
  10. ↑ «Thermo-economic assessment of supercritical CO2 power cycles for concentrated solar power plants | WorldCat.org» (en és). www.worldcat.org. Consultat el 2022-12-21.
  11. ↑ «Review of supercritical carbon dioxide (sCO2) technologies for high-grade waste heat to power conversion».SN Applied Sciences.2(4)
    611.ISSN 2523-3963.doi:10.1007/s42452-020-2116-6.Consultat el 2022-12-21.
  12. ↑ 12,0 12,1 «Potential of Supercritical Carbon Dioxide Power Cycles to Reduïx the Levelised Cost of Electricity of Contemporary Concentrated Solar Power Plants».Applied Sciences.10(15)
    5049.ISSN 2076-3417.doi:10.3390/app10155049.Consultat el 2022-12-21.
  13. ↑ 13,0 13,1 «Influence of Working Fluïu Composition on the Optimum Characteristics of Blended Supercritical Carbon Dioxide Cycles».Volume 10: Supercritical CO2.American Society of Mechanical Engineers.
    V010T30A030.doi:10.1115/GT2021-60293.Consultat el 2022-12-21.
  14. ↑ «Supercritical CARbon dioxide/Alternative fluids Blends for Efficiency Upgrade of Solar power plants».doi:10.3030/814985.Consultat el 2022-12-21.
  15. ↑ «Scarabeusproject» (en en-us). Consultat el 2022-12-21.
Obtingut de «https://lenciclopedia.org/w/index.php?title=Mescla_de_diòxit_de_carbono_supercrítica&oldid=1316142»