Concentrerende zonne-energiecentrales (CSP) van de volgende generatie hebben vloeistoffen met een hoge temperatuur nodig, zoals gesmolten zouten, in het bereik van 550-750 graden Celsius om warmte op te slaan en elektriciteit op te wekken. Bij die hoge temperaturen echter, de gesmolten zouten vreten aan de gebruikelijke legeringen die in de warmtewisselaars worden gebruikt, leidingen, en opslagvaten van CSP-systemen. Nieuw onderzoek bij het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse Department of Energy is gericht op het verminderen van corrosieniveaus in CSP-fabrieken met coatings op nikkelbasis.

"We zijn erg enthousiast over de mogelijke implicaties van dit onderzoek om corrosiebestendige coatings voor CSP-toepassingen te leveren die de economische levensvatbaarheid van deze systemen zouden kunnen verbeteren, " zei Johney Groen, adjunct-laboratoriumdirecteur voor mechanische en thermische technische wetenschappen.

CSP-centrales met goedkope thermische opslag stellen faciliteiten in staat om elektriciteit te leveren wanneer dat nodig is, om de betrouwbaarheid van het net te ondersteunen. Gesmolten zouten worden vaak gebruikt voor zowel de warmteoverdrachtsvloeistof als de thermische energieopslag, omdat ze bestand zijn tegen hoge temperaturen en de verzamelde zonnewarmte vele uren vasthouden.

Voor commercieel gebruik van gesmolten zoutmengsels die natriumchloride bevatten, kaliumchloride, en magnesiumchloride, de corrosiesnelheid in de opslagtanks moet laag zijn - minder dan 20 micrometer per jaar - zodat een concentrerende zonne-energiecentrale een levensduur van 30 jaar kan bereiken.

Kale roestvast staal legeringen getest in een gesmolten chloride gecorrodeerd zo snel als 4, 500 micrometer per jaar. De oplossing voor het corrosieprobleem zou kunnen liggen in onderzoek uitgevoerd door Judith Gomez-Vidal van NREL en gepubliceerd in de npj Materialen Degradatie tijdschriftartikel, "Corrosiebestendigheid van MCrAlX-coatings in een gesmolten chloride voor thermische opslag in geconcentreerde zonne-energietoepassingen."

Gomez-Vidal heeft verschillende soorten coatings op nikkelbasis aangebracht, die vaak worden gebruikt voor het verminderen van oxidatie en corrosie, tot roestvrij staal. Een dergelijke coating, met de chemische formule NiCoCrAlYTa, tot nu toe de beste prestatie geleverd. Het beperkte de corrosiesnelheid tot 190 micrometer per jaar - nog niet op het doel, maar een grote verbetering vergeleken met het ongecoate staal door een vermindering van 96% van de corrosiesnelheid. Die specifieke coating werd gedurende een periode van 24 uur voorgeoxideerd, waarbij een uniforme en dichte laag aluminiumoxide werd gevormd en diende om het roestvrij staal verder te beschermen tegen corrosie.

"Het gebruik van oppervlaktebescherming is veelbelovend om corrosie in gesmolten zouten te verminderen, met name op die oppervlakken die worden blootgesteld aan chloorhoudende dampen, " zei Gomez-Vidal, die een Ph.D. in de metallurgische en materiaaltechniek. "Echter, de corrosiesnelheden zijn nog steeds aanzienlijk hoog voor CSP. Deze inspanning benadrukt de relevantie van het testen van de duurzaamheid van materialen in zonne-energietoepassingen. Er is meer R&D nodig om het beoogde corrosieniveau te bereiken, die de synergie zou kunnen omvatten van het combineren van oppervlaktebescherming met chemische controle van het gesmolten zout en de omringende atmosfeer."

Aanvullende tests vereisen evaluatie van de coatings onder thermische cycli en de introductie van zuurstofbevattende atmosferen om het oxidatiepotentieel van de systemen te vergroten. De toevoeging van zuurstof zorgt voor de vorming van beschermende schubben die zich zouden kunnen hervormen in aanwezigheid van zuurstof als er tijdens het gebruik scheuren optreden. Gomez-Vidal heeft onlangs ander werk gepubliceerd waarin dergelijke aluminiumoxidelagen konden groeien en aan het oppervlak bleven kleven in de aanwezigheid van lucht tijdens thermische cycli van monsters.