Les centrales solaires à concentration (CSP) de nouvelle génération nécessitent des fluides à haute température, comme des sels fondus, dans la plage de 550 à 750 degrés Celsius pour stocker la chaleur et produire de l'électricité. A ces températures élevées, cependant, les sels fondus rongent les alliages usuels utilisés dans les échangeurs de chaleur, tuyauterie, et les cuves de stockage des systèmes CSP. De nouvelles recherches menées au National Renewable Energy Laboratory (NREL) du département américain de l'Énergie visent à atténuer les niveaux de corrosion dans les usines de CSP avec des revêtements à base de nickel.

« Nous sommes très enthousiasmés par les implications potentielles de cette recherche pour fournir des revêtements résistants à la corrosion pour les applications CSP qui pourraient améliorer la viabilité économique de ces systèmes, " a déclaré Johney Green, directeur de laboratoire associé pour les sciences de l'ingénieur mécanique et thermique.

Les centrales CSP avec stockage thermique à faible coût permettent aux installations de fournir de l'électricité chaque fois que cela est nécessaire, contribuer à soutenir la fiabilité du réseau. Les sels fondus sont couramment utilisés à la fois pour le fluide caloporteur et le stockage d'énergie thermique, car ils peuvent résister à des températures élevées et retenir la chaleur solaire collectée pendant de nombreuses heures.

Pour utiliser commercialement des mélanges de sels fondus contenant du chlorure de sodium, chlorure de potassium, et chlorure de magnésium, le taux de corrosion dans les réservoirs de stockage doit être lent - moins de 20 micromètres par an - pour qu'une centrale solaire à concentration puisse atteindre une durée de vie de 30 ans.

Alliages d'acier inoxydable nu testés dans un chlorure fondu corrodé aussi vite que 4, 500 micromètres par an. La solution au problème de la corrosion pourrait résider dans les recherches menées par Judith Gomez-Vidal du NREL et publiées dans le Dégradation des matériaux npj article de revue, "Résistance à la corrosion des revêtements MCrAlX dans un chlorure fondu pour le stockage thermique dans les applications d'énergie solaire à concentration."

Gomez-Vidal a appliqué différents types de revêtements à base de nickel, qui sont couramment utilisés pour réduire l'oxydation et la corrosion, à l'acier inoxydable. Un tel revêtement, avec la formule chimique NiCoCrAlYTa, a montré la meilleure performance jusqu'à présent. Il a limité le taux de corrosion à 190 micromètres par an - pas encore au but mais une grande amélioration par rapport à l'acier non revêtu par une réduction de 96% du taux de corrosion. Ce revêtement particulier a été pré-oxydé sur une période de 24 heures, au cours de laquelle une couche uniforme et dense d'oxyde d'aluminium s'est formée et a servi à protéger davantage l'acier inoxydable de la corrosion.

« L'utilisation d'une protection de surface est très prometteuse pour atténuer la corrosion des sels fondus, en particulier sur les surfaces exposées aux vapeurs contenant du chlore, " dit Gomez-Vidal, qui détient un doctorat. en génie métallurgique et des matériaux. "Toutefois, les taux de corrosion sont encore considérablement élevés pour le CSP. Cet effort met en évidence la pertinence de tester la durabilité des matériaux dans les applications d'énergie solaire. Plus de R&D est nécessaire pour atteindre le niveau de corrosion cible requis, ce qui pourrait inclure la synergie de combiner la protection de surface avec le contrôle chimique du sel fondu et de l'atmosphère environnante."

Des tests supplémentaires nécessiteront une évaluation des revêtements sous cyclage thermique et l'introduction d'atmosphères contenant de l'oxygène pour augmenter le potentiel d'oxydation des systèmes. L'ajout d'oxygène assure la formation d'écailles protectrices qui pourraient se reformer en présence d'oxygène si des fissures apparaissent pendant le fonctionnement. Gomez-Vidal a récemment publié d'autres travaux dans lesquels de telles couches d'oxyde d'aluminium ont pu se développer et sont restées collées à la surface en présence d'air pendant le cyclage thermique des échantillons.