Сэргээгдэх эрчим хүчний салбарт металлургийн үүрэг
Уур амьсгалын өөрчлөлт болон хүрээлэн буй орчны доройтол нь 21-р зууны хамгийн тулгамдсан хоёр асуудал юм. Чулуужсан түлшний хэрэглээний сөрөг нөлөөллийг бууруулахын тулд сэргээгдэх эрчим хүчний чиглэлээр дэлхий даяарх хөдөлгөөн улам бүр нэмэгдэж байна. Нар, салхи, биомасс зэрэг сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүд нь илүү цэвэр, илүү тогтвортой хувилбаруудыг санал болгодог. Гэсэн хэдий ч энэхүү шилжилтийг хөнгөвчлөхөд шинжлэх ухаан, технологийн үүргийг үл тоомсорлож болохгүй. Нэг чухал салбар бол металлурги буюу металл боловсруулах шинжлэх ухаан, технологи юм.
Металл болон хайлшийн физик, химийн шинж чанарыг гүнзгий судлахыг хамарсан металлурги нь сэргээгдэх эрчим хүчний технологийн хөгжилд ихээхэн хувь нэмэр оруулсан. Доор бид металлурги нь сэргээгдэх эрчим хүчний янз бүрийн салбарт хэрхэн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг талаар авч үзэх болно.
1. Нарны эрчим хүч
Нарны эрчим хүч бол хамгийн ирээдүйтэй сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн нэг юм. Нарны хавтанг хөгжүүлэхэд ашигласан материалууд нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Цахиур нь гэрлийг цахилгаан болгон хувиргах үр дүнтэй тул нарны зай хураагуурт ашиглагддаг гол материал юм. Гэсэн хэдий ч цахиурын гүйцэтгэлд түүний цэвэршилт болон талст бүтэц ихээхэн нөлөөлдөг.
> Цахиурын цэвэршүүлэлтэд металлургийн үүрэг: Металлурги нь цахиурын цэвэршүүлэлтийг хэт өндөр цэвэршилтийн түвшинд хүргэхийн тулд цэвэршүүлэх боломжийг олгодог. Металлургийн судалгаагаар боловсруулсан Чохральскийн болон хөвөгч бүсийн процессууд зэрэг технологиуд нь хамгийн бага хольцтой цахиур үйлдвэрлэх боломжийг олгодог бөгөөд нарны хавтангийн үр ашгийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлдэг.
Цаашилбал, нарны эрчим хүчний хувиргалтын үр ашгийг сайжруулах томоохон боломжийг харуулсан перовскит зэрэг шинэ материалыг боловсруулснаар нарны хавтангийн үр ашгийг сайжруулж болно. Перовскитын туршилт, үйлдвэрлэл нь материалын шинж чанарыг ойлгох, тогтвортой байдал, бат бөх чанарыг хэрхэн сайжруулах талаар металлургийн аргуудад суурилдаг.
2. Салхины эрчим хүч
Салхин турбинууд нь бат бөх, удаан эдэлгээтэй, хүнд нөхцөлд ажиллах чадвартай механик тоног төхөөрөмж дээр суурилдаг. Эдгээр шаардлагыг хангахын тулд өндөр хүчин чадалтай металл хайлш гол түлхүүр юм.
> Хайлшийн хөгжилд металлургийн үүрэг: Салхины эрчим хүчний салбарт ган, никель хайлш, титаны хайлш зэрэг материалыг турбины бүтэц, эд ангиудад байнга ашигладаг. Металлурги нь өндөр суналтын бат бэх, ядрах эсэргүүцэл, зэврэлтээс хамгаалах зэрэг сайжруулсан механик шинж чанартай хайлшийг боловсруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, салхин турбинд ашигладаг хайлшин ган нь салхины өндөр даралтыг тэсвэрлэхээс гадна мөчлөгийн ядрах нөлөөг тэсвэрлэх чадвартай байх ёстой.
Үр ашигтай тосолгооны материал нь салхин турбины ашиглалтын хугацааг уртасгахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Металлын үрэлт болон элэгдлийн талаарх металлургийн гүнзгий судалгаа нь турбины эд ангийн ашиглалтын хугацааг уртасгах, засвар үйлчилгээний шаардлагыг хязгаарлах, нийт ашиглалтын зардлыг бууруулах боломжтой илүү сайн тослох материал, элэгдэлд тэсвэртэй нийлмэл материалыг бий болгоход тусалдаг.
3. Геотермаль эрчим хүч
Геотермаль энерги нь дэлхийн дулааныг ашиглан цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг технологи юм. Геотермаль энергийг ашиглахад тулгардаг гол бэрхшээлүүдийн нэг бол тоног төхөөрөмж, хоолойн тэсвэрлэх ёстой эрс тэс нөхцөл байдал юм. Өндөр температур, даралт, түүнчлэн идэмхий шингэн байгаа нь онцгой бат бөх чанартай материал шаарддаг.
> Материалын сонголт ба хөгжилд металлургийн үүрэг: Никель дээр суурилсан хайлш болон галд тэсвэртэй металлыг өндөр температур, даралтын үед зэврэлтэнд тэсвэртэй тул геотермаль эрчим хүчний системд байнга ашигладаг. Металлурги нь эдгээр хайлшийг боловсруулж, оновчтой болгох боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр тэдгээр нь геотермаль нөөцөд байдаг онцгой нөхцөлд илүү сайн, удаан хугацаанд ажиллах боломжтой болно.
4. Биомассийн энерги
Биомасс шаталт нь органик бодисыг цахилгаан эсвэл дулаан болгон хувиргах замаар энерги үүсгэдэг. Өндөр үр ашигтай, бага ялгаруулалттай байхын тулд шаталтын материал болон хувиргах төхөөрөмжийг өндөр температур болон зэврэлтэнд тэсвэртэй материалаар хийсэн байх ёстой.
> Дулаан болон зэврэлтэнд тэсвэртэй материалд металлургийн үүрэг: Биомасс шатаах зууханд ажиллах температур маш өндөр байж, өндөр урвалд ордог орчин бүрдүүлдэг. Металлургийн судалгаагаар өндөр температурын нөхцөл, урвалд ордог орчинд тэсвэртэй никель дээр суурилсан хайлш, тусгай керамик зэрэг тусгай хайлшийг нээсэн. Эдгээр материалууд нь эрчим хүч хувиргах үйл явцын үр ашгийг дээшлүүлж, хортой ялгарлыг бууруулахад тусалдаг.
5. Эрчим хүчний хадгалалт
Батерей, устөрөгчийн түлш зэрэг эрчим хүч хадгалах технологиуд нь сэргээгдэх эрчим хүчний системд эрчим хүчний хангамжийн тогтвортой байдал, найдвартай байдлыг хангах чухал элементүүд юм.
> Батерейны материалын хөгжилд металлургийн гүйцэтгэх үүрэг: Батерейны гүйцэтгэлийг сайжруулах, ялангуяа лити-ион нь ашигласан электродын материалаас ихээхэн хамаардаг. Кобальт, никель, манган зэрэг электродын материалууд нь гүйцэтгэлээ сайжруулахын тулд металлургийн технологид ихээхэн найддаг материалуудын нэг юм. Эдгээр материалын химийн урвал болон механик шинж чанарыг ойлгосноор металлурчид илүү өндөр энерги хадгалах хүчин чадалтай, урт хугацааны ашиглалтын хугацаатай, богино цэнэглэх хугацаатай электродуудыг боловсруулж чадна.
Цаашилбал, усны электролизийн металл электродуудыг ашигладаг устөрөгчийн технологи нь металлургийн судалгаанаас ихээхэн ашиг тус хүртдэг. Жишээлбэл, электрокатализаторын оновчтой хайлшийн найрлагыг олох нь электролизийн процессын үр ашгийг дээшлүүлж, устөрөгчийг хадгалах, эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглахыг илүү практик, хэмнэлттэй болгодог.
Дүгнэлт
Эрчим хүчний шилжилтийн энэ эрин үед металлурги нь сэргээгдэх эрчим хүчний технологийг хөгжүүлэх, хэрэгжүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Нарны хавтангаас эхлээд лити-ион батерей хүртэл эдгээр технологийн амжилт нь металлургийн шинжлэх ухаан, технологийн тусламжтайгаар боловсруулсан материалын дэвшлээс ихээхэн хамаардаг.
Металлургийн үүрэг нь шинэ материал хөгжүүлэхээс гадна одоо байгаа материалын үр ашиг, бат бөх чанар, гүйцэтгэлийг сайжруулахад чиглэгддэг. Материалын шинж чанар, боловсруулалтын техникийг гүнзгий ойлгосноор металлургийн салбар нь илүү үр ашигтай, тогтвортой сэргээгдэх эрчим хүчний системийг бий болгох замыг нээж өгсөөр байна. Иймээс металлургийн салбар нь тогтвортой байдлын зорилгод хүрэх, ирээдүйн эрчим хүчний сорилтуудыг шийдвэрлэх дэлхийн хүчин чармайлтын гол тулгуур юм.
