Gli impianti solari a concentrazione di nuova generazione (CSP) richiedono fluidi ad alta temperatura, come sali fusi, nell'intervallo 550-750 gradi Celsius per immagazzinare calore e generare elettricità. A quelle alte temperature, però, i sali fusi consumano le comuni leghe utilizzate negli scambiatori di calore, tubazioni, e serbatoi di stoccaggio dei sistemi CSP. Una nuova ricerca presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti mira a mitigare i livelli di corrosione negli impianti CSP con rivestimenti a base di nichel.

"Siamo molto entusiasti delle potenziali implicazioni di questa ricerca per fornire rivestimenti resistenti alla corrosione per applicazioni CSP che potrebbero migliorare la fattibilità economica di questi sistemi, " ha detto Johney Green, direttore associato del laboratorio per le scienze dell'ingegneria meccanica e termica.

Gli impianti CSP con accumulo termico a basso costo consentono agli impianti di fornire energia elettrica ogni volta che è necessario, contribuendo a supportare l'affidabilità della rete. I sali fusi sono comunemente usati sia per il fluido termovettore che per l'accumulo di energia termica perché possono resistere a temperature elevate e trattenere il calore solare raccolto per molte ore.

Per utilizzare commercialmente miscele di sali fusi contenenti cloruro di sodio, cloruro di potassio, e cloruro di magnesio, il tasso di corrosione nei serbatoi di stoccaggio deve essere lento, inferiore a 20 micrometri all'anno, in modo che un impianto solare a concentrazione possa raggiungere una vita di 30 anni.

Leghe nude di acciaio inossidabile testate in un cloruro fuso corrose fino a 4, 500 micrometri all'anno. La soluzione al problema della corrosione potrebbe risiedere nella ricerca condotta da Judith Gomez-Vidal del NREL e pubblicata sul npj Degradazione dei materiali articolo di giornale, "Resistenza alla corrosione dei rivestimenti MCrAlX in un cloruro fuso per l'accumulo termico in applicazioni di energia solare a concentrazione".

Gomez-Vidal ha applicato diversi tipi di rivestimenti a base di nichel, comunemente usati per ridurre l'ossidazione e la corrosione, all'acciaio inossidabile. Uno di questi rivestimenti, con la formula chimica NiCoCrAlYTa, ha mostrato la migliore prestazione finora. Ha limitato il tasso di corrosione a 190 micrometri all'anno, non ancora all'obiettivo ma un grande miglioramento rispetto all'acciaio non rivestito con una riduzione del 96% del tasso di corrosione. Quel particolare rivestimento è stato pre-ossidato per un periodo di 24 ore, durante il quale si formava uno strato uniforme e denso di ossido di alluminio che serviva a proteggere ulteriormente l'acciaio inossidabile dalla corrosione.

"L'uso della protezione superficiale è molto promettente per mitigare la corrosione nei sali fusi, in particolare su quelle superfici esposte a vapori contenenti cloro, " ha detto Gomez-Vidal, chi possiede un dottorato di ricerca nell'ingegneria metallurgica e dei materiali. "Però, i tassi di corrosione sono ancora considerevolmente elevati per CSP. Questo sforzo mette in evidenza l'importanza di testare la durabilità dei materiali nelle applicazioni di energia solare. Sono necessarie più attività di ricerca e sviluppo per raggiungere il livello di corrosione target richiesto, che potrebbe includere la sinergia di combinare la protezione della superficie con il controllo chimico del sale fuso e dell'atmosfera circostante."

Ulteriori test richiederanno la valutazione dei rivestimenti sottoposti a cicli termici e l'introduzione di atmosfere contenenti ossigeno per aumentare il potenziale di ossidazione dei sistemi. L'aggiunta di ossigeno garantisce la formazione di incrostazioni protettive che potrebbero riformarsi in presenza di ossigeno se durante il funzionamento si formano crepe. Gomez-Vidal ha recentemente pubblicato altri lavori in cui tali strati di ossido di alluminio sono stati in grado di crescere e sono rimasti aderenti alla superficie in presenza di aria durante il ciclo termico dei campioni.