Avenços per a lʼaplicació de nanofluids en sistemes dʼemmagatzematge dʼenergia
Els sistemes dʼemmagatzematge dʼenergia són tecnologies clau per aconseguir la transició cap a les energies renovables, que es poden fer més viables si es millora lʼeficiència energètica dʼaquest emmagatzematge. Actualment, més del 70 % dels sistemes dʼenergia solar concentrada tenen integrat un emmagatzematge dʼenergia tèrmica (TES). Aquest tipus de centrals van assolir una capacitat instal·lada de 4,5 GW a finals del 2019. Per millorar lʼeficiència energètica dʼaquests sistemes, és essencial la recerca i la innovació en el camp dels materials. En aquest context, els nanofluids han creat moltes expectatives, ja que aquest nou tipus de fluids presenta un augment anormal de la seva capacitat calorífica, que pot ser un 30 % superior al valor del fluid base gràcies a la incorporació dʼuna baixa concentració de nanopartícules. Aquesta millora de les propietats tèrmiques permet augmentar el sistema de densitat energètica.
Els sistemes dʼemmagatzematge dʼenergia són tecnologies clau per aconseguir la transició cap a les energies renovables, que es poden fer més viables si es millora lʼeficiència energètica dʼaquest emmagatzematge. Actualment, més del 70 % dels sistemes dʼenergia solar concentrada tenen integrat un emmagatzematge dʼenergia tèrmica (TES). Aquest tipus de centrals van assolir una capacitat instal·lada de 4,5 GW a finals del 2019. Per millorar lʼeficiència energètica dʼaquests sistemes, és essencial la recerca i la innovació en el camp dels materials. En aquest context, els nanofluids han creat moltes expectatives, ja que aquest nou tipus de fluids presenta un augment anormal de la seva capacitat calorífica, que pot ser un 30 % superior al valor del fluid base gràcies a la incorporació dʼuna baixa concentració de nanopartícules. Aquesta millora de les propietats tèrmiques permet augmentar el sistema de densitat energètica.
En un article publicat recentment a Scientific Reports, un equip del Centre de Disseny i Optimització de Processos i Materials (DIOPMA) i de lʼInstitut de Química Teòrica i Computacional de la UB (IQTCUB) ha demostrat experimentalment per primera vegada els principals fenòmens implicats en lʼincrement anormal de la capacitat calorífica dels nanofluids. A més de canviar la manera dʼentendre aquests materials, els resultats de lʼestudi representen un avenç per a la seva aplicació.
Els nanofluids són una opció prometedora per a una gran varietat de tecnologies, incloent-hi els sistemes dʼemmagatzematge tèrmic. «Lʼús de nanofluids podria augmentar lʼeficiència de la central solar concentrada i reduir els costos associats al procés dʼemmagatzematge tèrmic», explica la catedràtica Inés Fernández, del Departament de Ciència dels Materials i Química Física.
Tot i el gran potencial dels nanofluids, encara estem lluny dʼentendre algunes de les seves característiques fonamentals, com per exemple la seva estabilitat. Dʼaltra banda, les discrepàncies observades en valors experimentals i valors simulats de les seves propietats termofísiques no són de gran ajuda. Per tant, és necessari crear un marc teòric que ens ajudi a optimitzar els nanofluids i a aprofitar-ne el potencial. «Aquest treball ens dona una explicació sobre lʼaugment anòmal de la capacitat calorífica dels nanofluids de nitrat de sodi, cosa que permetrà avançar en la ciència dels nanofluids i les seves aplicacions industrials», afegeix Adela Svobodova, primera autora de lʼestudi.
Per aconseguir informació sobre el mecanisme que hi ha darrere dʼaquest augment de la capacitat tèrmica dels nanofluids, lʼequip de recerca va utilitzar diferents mètodes de caracterització, com la termografia dʼinfraroigs, lʼespectroscòpia infraroja i la calorimetria diferencial de rastreig (DSC). Mitjançant la termografia infraroja, els investigadors de la UB van establir que hi ha regions del nanofluid que presenten gradients de temperatura elevats. Aquests gradients sorgeixen de la formació dʼinterfícies líquid-sòlid entre les superfícies de nanopartícules i el fluid base, a causa de lʼaparició dʼuna capa superficial a temperatures més altes. La formació dʼinterfícies líquid-sòlid influeix directament en lʼaugment de la capacitat tèrmica del sistema, cosa que permet emmagatzemar més energia tèrmica.
Article de referència
A. Svobodova Sedlackova, A. Calderón, C. Barreneche, P. Gamallo i A. I. Fernández. «Understanding the abnormal thermal behavior of nanofluids through infrared thermography and thermo physical characterization». Scientific Reports, 2021. Doi: 10.1038/s41598-021-84292-9