புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் உற்பத்தியில் உலோகவியலின் முக்கியத்துவம்

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் உற்பத்தியில் உலோகவியலின் முக்கியத்துவம்

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலுக்கான மாற்றம் என்பது, பெருகிவரும் செயல்திறன் கொண்ட சூரியத் தகடுகள், மேலும் மேலும் உயரமான காற்றாலைகள், அல்லது அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி கொண்ட மின்கலன்கள் போன்ற உற்பத்தித் தொழில்நுட்பங்களின் அடிப்படையில் அடிக்கடி விவாதிக்கப்படுகிறது. ஆனால், பெரும்பாலும் கவனிக்கப்படாத ஒரு அடிப்படை உள்ளது: அதுதான் உலோகவியல். உலோகங்கள் மற்றும் அது தொடர்பான பொருட்களிலிருந்து ஆற்றலைப் பிரித்தெடுத்தல், சுத்திகரித்தல், கலப்புலோகம் செய்தல், வெப்பச் செயலாக்கம் செய்தல் மற்றும் அவற்றின் பண்புகள் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பம் இது. உற்பத்தி செய்யப்படும் ஒவ்வொரு மெகாவாட் பசுமை மின்சாரத்திற்கும் பின்னால், ஒரு கூறு அரிப்பை எதிர்க்கும் தன்மையுடையதா, சுமைகளைத் தாங்கும் அளவுக்கு வலிமையானதா, தீவிர வெப்பநிலைகளில் இயங்கும் திறன் கொண்டதா, மற்றும் பெருமளவு உற்பத்திக்கு சிக்கனமானதா என்பதைத் தீர்மானிக்கும் தொடர்ச்சியான உலோகவியல் முடிவுகள் உள்ளன. வேறுவிதமாகக் கூறினால், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலின் வெற்றி என்பது "ஆற்றலை எவ்வாறு கைப்பற்றுவது" என்பதைப் பற்றியது மட்டுமல்ல, நீண்ட காலத்திற்கு "எந்தப் பொருட்கள் நீடித்து நிலைத்து, திறமையாகச் செயல்படும்" என்பதைப் பற்றியதும் ஆகும்.

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் உள்கட்டமைப்பின் முதுகெலும்பாக உலோகவியல்

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலுக்கு பெரிய, நீண்ட காலம் நீடிக்கும் உள்கட்டமைப்பு தேவைப்படுகிறது: கடலோரக் காற்றாலைகள், உயர் மின்னழுத்தப் பரிமாற்றக் கோடுகள், ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள் மற்றும் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி நிலையங்கள். இவை அனைத்தும் எஃகு, அலுமினியம், தாமிரம், நிக்கல், டைட்டானியம் மற்றும் அரிதான புவித் தனிமங்கள் போன்ற உலோகங்களைச் சார்ந்துள்ளன. இந்த உலோகங்கள் இயந்திர வலிமை, சோர்வு எதிர்ப்பு, அரிப்பு எதிர்ப்பு, மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் எளிதான உற்பத்தி போன்ற கடுமையான அளவுகோல்களைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும்.

உலோகவியல் ஆரம்பக் கட்டங்களிலிருந்தே ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது; அதாவது, ஒரு பாகம் வார்ப்பு, அடித்து வடித்தல், பற்றவைத்தல், தூள் உலோகவியல் அல்லது கூட்டு உற்பத்தி (3D அச்சிடுதல்) ஆகியவற்றில் எதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது என்பதைத் தீர்மானிக்கும் உற்பத்தி முறையைத் தேர்ந்தெடுப்பதில் இது முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. ஒவ்வொரு உற்பத்தி முறையும் உலோகத்தின் நுண் அமைப்பை (தானிய அளவு, கட்டங்கள், வீழ்படிவு) பாதிக்கிறது, இதுவே இறுதியில் அதன் செயல்திறனைத் தீர்மானிக்கிறது. உதாரணமாக, டர்பைன் தண்டுகள் மற்றும் அதிக அழுத்தமுள்ள போல்ட்டுகளில் சோர்வு எதிர்ப்பை மேம்படுத்துவது என்பது வடிவமைப்புப் பரிமாணங்களை மட்டுமல்லாமல், நுண் அமைப்பு மற்றும் உள் குறைபாட்டுக் கட்டுப்பாட்டையும் சார்ந்துள்ளது.

காற்றாலைகளில் உலோகவியலின் பங்கு: கோபுரம் முதல் மின்னாக்கி வரை

உலோகவியல் எவ்வாறு நம்பகத்தன்மையை நிர்ணயிக்கிறது என்பதற்கு காற்றாலைகள் ஒரு தெளிவான எடுத்துக்காட்டாகும். கோபுரங்கள் மற்றும் அடித்தளங்களுக்கு எஃகு பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் அது வலிமையானது மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் விலை மலிவானது. ஆனால் காற்றாலைகளின் இயக்கச் சூழல்—குறிப்பாகக் கடலுக்கு அப்பால்—மிகவும் கடுமையானது: கடல்நீர், ஈர-உலர் சுழற்சிகள் மற்றும் மாறும் சுமைகள். இங்குதான் உலோகவியலின் பங்கு முக்கியத்துவம் பெறுகிறது; எஃகு கலவையின் தேர்வு, உலோகக் கலவை வடிவமைப்பு, பற்றவைப்பு முறைகள் மற்றும் பூச்சுகள், துத்தநாகப் பூச்சு அல்லது எதிர்மின் அமைப்புகள் போன்ற அரிப்புத் தடுப்பு உத்திகள் இதில் அடங்கும்.

கியர்பாக்ஸ்கள், தாங்கிகள் மற்றும் தண்டுகள் ஆகியவை மிக முக்கியமான பாகங்களாகும், இவை அவற்றின் இயக்கக் காலத்தில் மில்லியன் கணக்கான முறை மீண்டும் மீண்டும் சுமைகளை எதிர்கொள்கின்றன. எஃகின் தரம் சீரற்றதாக இருந்தாலோ அல்லது வெப்பச் செயலாக்கம் பொருத்தமானதாக இல்லாவிட்டாலோ சோர்வு முறிவு ஏற்படலாம். உலோகவியலில், பொருளின் உள்ளார்ந்த உறுதித்தன்மையைப் பாதிக்காமல், அதன் கடினத்தன்மையையும் தேய்மான எதிர்ப்பையும் அதிகரிக்க கார்பரைசிங், நைட்ரைடிங் அல்லது மேற்பரப்புச் செயலாக்கங்கள் போன்ற செயல்முறைகள் அடங்கும். மேலும், நவீன மின்னாக்கிகளின் சில வடிவமைப்புகளில் நிரந்தரக் காந்தங்கள் தேவைப்படுகின்றன, அவை பெரும்பாலும் நியோடைமியம் போன்ற அரிதான பூமித் தனிமங்களைச் சார்ந்திருக்கின்றன. உலோகவியல் சவால்கள், சுத்திகரிப்பதிலும், காந்த உலோகக் கலவைகளை உற்பத்தி செய்வதிலும், மற்றும் முக்கிய மூலப்பொருட்களின் விநியோகத்தைச் சார்ந்திருப்பதைக் குறைப்பதற்கான மாற்று வழிகளை உருவாக்குவதிலும் எழுகின்றன.

சூரியத் தகடுகளும் உலோகவியலும்: இது சிலிக்கானைப் பற்றியது மட்டுமல்ல

ஒளிமின்னழுத்தவியல் பற்றி விவாதிக்கும்போது, ​​மக்கள் பெரும்பாலும் சிலிக்கானில் கவனம் செலுத்துகிறார்கள். இருப்பினும், சில அடுக்குகளிலும் கூறுகளிலும் உலோகவியல் இன்றியமையாததாக உள்ளது. அலுமினியம் அதன் குறைந்த எடை மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்புத் திறன் காரணமாக மாட்யூல் சட்டகங்களுக்குப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. தாமிரம் மின் கடத்துத்திறனில் ஒரு பங்கைக் கொண்டுள்ளது, அதே சமயம் வெள்ளி சில சூரிய மின்கலத் தொழில்நுட்பங்களில் ஒரு தொடுபொருளாக இன்னும் பயன்படுத்தப்படுகிறது (விலை காரணமாக அதன் பயன்பாட்டைக் குறைக்க தொழில்துறை முயன்று வந்தாலும்). உலோகப் பசை உருவாக்கம், உருகுதல் நுட்பம் அல்லது மேற்பரப்புப் பூச்சு ஆகியவற்றில் ஏற்படும் எந்தவொரு மாற்றமும் ஒரு உலோகவியல் சிக்கலாகும், இது மாட்யூலின் மின்தடை, செயல்திறன் மற்றும் ஆயுட்காலத்தைப் பாதிக்கிறது.

மேலும், பெரிய அளவிலான சூரிய அமைப்புகளுக்கு, பல பத்தாண்டுகளாக வெளிப்புறச் சூழல்களுக்கு உட்பட்டிருக்கும் ஆதரவுக் கட்டமைப்புகளும் தடங்காட்டிகளும் தேவைப்படுகின்றன. உலோகவியல், பாதுகாப்பில் சமரசம் செய்யாமல் குறைந்த செலவை உறுதிசெய்யும் சரியான கட்டமைப்பு எஃகு, பொருத்தமான அரிப்புத் தடுப்பு மற்றும் உற்பத்தி முறைகளைத் தேர்ந்தெடுக்க உதவுகிறது.

மின்கலங்கள் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு: மின்வேதியியலின் மையத்தில் உலோகவியல்

சூரிய மற்றும் காற்றாலை ஆற்றலின் இடைப்பட்ட தன்மை காரணமாக, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மாற்றத்திற்கு ஆற்றல் சேமிப்பு முக்கியமானது. லித்தியம்-அயன் மின்கலங்களில், உலோகவியலானது நிக்கல், கோபால்ட் மற்றும் மாங்கனீசு அடிப்படையிலான எதிர்மின்வாய் பொருட்கள், தாமிரம் மற்றும் அலுமினிய மின்னோட்ட சேகரிப்பான்கள், மற்றும் உறைகள் மற்றும் இணைப்பான்களின் பயன்பாட்டை உள்ளடக்கியது. செயல்திறன் மிக்க பொருட்களின் தூய்மை மற்றும் படிக அமைப்பைக் கட்டுப்படுத்துவது, கொள்ளளவு, வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் சுழற்சி ஆயுளுக்கு மிகவும் இன்றியமையாதது.

மேலும், மின்கல மறுசுழற்சி மூலம் நிலைத்தன்மை சார்ந்த விடயங்களில் உலோகவியல் முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. நிக்கல், கோபால்ட் மற்றும் தாமிரம் போன்ற மதிப்புமிக்க உலோகங்களை மீட்டெடுக்க வெப்ப உலோகவியல் (உருகுதல்) மற்றும் நீர் உலோகவியல் (வேதியியல் பிரித்தெடுத்தல்) செயல்முறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. உலோகவியல் புத்தாக்கங்கள் மீட்பு விகிதங்களை அதிகரிக்கவும், செயல்முறை ஆற்றலைக் குறைக்கவும், அபாயகரமான கழிவுகளைக் குறைக்கவும் உதவும். ஆயுட்காலம் முடிவடையும் மின்கலங்களின் எண்ணிக்கை அதிகரித்து வருவதால், வட்ட வடிவ விநியோகச் சங்கிலிகளை உருவாக்குவதில் உலோகவியல் திறன்கள் பெருகிய முறையில் முக்கியத்துவம் பெறுகின்றன.

பசுமை ஹைட்ரஜன்: அரிப்பை எதிர்க்கும் மற்றும் எளிதில் உடையக்கூடிய ஹைட்ரஜன் பொருட்கள்

புதுப்பிக்கத்தக்க மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்தி நீரை மின்னாற்பகுப்பு செய்வதன் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் பசுமை ஹைட்ரஜன், கனரகத் தொழில் மற்றும் நீண்ட தூரப் போக்குவரத்து போன்ற மின்மயமாக்குவதற்குச் சிரமமான துறைகளுக்கு ஒரு தீர்வாகக் கருதப்படுகிறது. இருப்பினும், ஹைட்ரஜன் கடுமையான மூலப்பொருள் சவால்களை முன்வைக்கிறது, அவற்றில் ஒன்று ஹைட்ரஜன் ஊடுருவலால் ஏற்படும் உடையக்கூடிய முறிவு (ஹைட்ரஜன் உடையக்கூடிய தன்மை) ஆகும். குழாய்கள், தொட்டிகள், வால்வுகள் மற்றும் மின்னாற்பகுப்பான் பாகங்கள் ஆகியவை ஹைட்ரஜன் செறிந்த சூழல்கள், உயர் அழுத்தங்கள் மற்றும் பெரும்பாலும் அரிக்கும் தன்மையுள்ள நிலைமைகளைத் தாங்கக்கூடிய பொருட்களால் செய்யப்பட்டிருக்க வேண்டும்.

உலோகவியல், சரியான உலோகக் கலவையைத் (எ.கா., குறிப்பிட்ட எஃகுகள், துருப்பிடிக்காத எஃகுகள் அல்லது நிக்கல் கலவைகள்) தேர்ந்தெடுக்கவும், வெப்பச் சிகிச்சைகளை ஒழுங்குபடுத்தவும், மற்றும் ஹைட்ரஜன் பரவலைக் குறைக்கும் பூச்சுகள் மற்றும் நுண் கட்டமைப்பு வடிவமைப்புகளை உருவாக்கவும் உதவுகிறது. மின்பகுப்பானைப் பொறுத்தவரை, செயல்திறன் மற்றும் செலவைச் சமநிலைப்படுத்துவதற்காக, சில தொழில்நுட்பங்களில் விலைமதிப்புள்ள உலோகங்கள் உட்பட, வினையூக்கி மற்றும் மின்முனைப் பொருட்களின் தேர்வும் பொருள் அறிவியல் மற்றும் உலோகவியலுடன் நெருக்கமாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

மின் மற்றும் மின்பரிமாற்ற வலையமைப்புகள்: கடத்துத்திறன், வலிமை மற்றும் மீள்திறன்

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலுக்கு, உற்பத்தித் தளங்களிலிருந்து (பெரும்பாலும் மின்சுமை மையங்களிலிருந்து வெகு தொலைவில் உள்ளவை) மின்சாரத்தைக் கடத்துவதற்கு மிகவும் விரிவான மற்றும் வலுவான மின் வலையமைப்பு தேவைப்படுகிறது. இங்குதான் தாமிரம் மற்றும் அலுமினியம் கடத்திகளாக முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன. உலோகவியல், கடத்துத்திறன் மற்றும் இழுவிசை வலிமைக்கு இடையேயான சமநிலையை நிர்ணயிக்கிறது; குறிப்பாக, இயந்திரவியல் சுமைகள், வெப்பநிலை மாற்றங்கள் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் அரிப்பு ஆகியவற்றைத் தாங்க வேண்டிய மேல்நிலை மின்கம்பிகளில் இது அவசியமாகிறது.

மின்மாற்றிகள், மின்னாக்கிகள் மற்றும் மோட்டார்கள் ஆகியவையும் உயர்தர காந்த மற்றும் கடத்திப் பொருட்களைச் சார்ந்துள்ளன. உகந்த படிக அமைப்புகளைக் கொண்ட மின்சார எஃகுகளை உருவாக்குவதன் மூலம் உள்ளக இழப்புகளைக் குறைத்து, செயல்திறனை மேம்படுத்த உலோகவியல் உதவுகிறது.

பசுமை உலோகவியல் மூலம் கார்பன் தடத்தைக் குறைத்தல்

முரண்பாடாக, பாரம்பரிய உலோக உற்பத்தி—குறிப்பாக எஃகு மற்றும் அலுமினியம்—உலகளாவிய உமிழ்வுகளுக்கு கணிசமான பங்களிப்பை வழங்குகிறது. எனவே, உலோகவியல் துறையானது மூலப்பொருட்கள் தொழில்துறையை "தூய்மைப்படுத்துவதிலும்" ஒரு பங்கு வகிக்கிறது. குறைந்த கார்பன் எஃகு, ஒடுக்கியாக ஹைட்ரஜனைப் பயன்படுத்துதல், உலைத் திறனை அதிகரித்தல் மற்றும் உருக்குதல் செயல்முறையை மின்மயமாக்குதல் போன்ற புதுமைகள் மிக முக்கியமானவை. இதேபோல், அலுமினியத்தைப் பொறுத்தவரை, மின்னாற்பகுப்புத் திறனை அதிகரிப்பதும், புதுப்பிக்கத்தக்க மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்துவதும் ஒரு டன் உற்பத்திப் பொருளுக்கான கார்பன் அடர்த்தியைப் பெருமளவில் குறைக்க முடியும்.

நவீன உலோகவியல், மறுசுழற்சிக்கான வடிவமைப்பையும் ஊக்குவிக்கிறது: அதாவது, எளிதில் பிரித்தெடுக்கக்கூடிய உலோகக் கலவைகளைத் தேர்ந்தெடுப்பது, மாசுகளைக் குறைப்பது, மற்றும் தரத்தில் சமரசம் செய்யாமல் கழிவுப் பொருட்களின் பயன்பாட்டை அதிகப்படுத்துவது போன்றவை. புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் உள்கட்டமைப்புக்கு அதிக அளவிலான மூலப்பொருட்கள் தேவைப்படுவதால், உலோகவியல் துறையில் ஏற்படும் ஒவ்வொரு செயல்திறன் மற்றும் சுழற்சிப் பயன்பாட்டு அதிகரிப்பும் ஒரு அமைப்பு ரீதியான தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது.

விநியோகச் சங்கிலி மற்றும் முக்கியப் பொருட்களின் மீள்திறன்

பல புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் தொழில்நுட்பங்களுக்குத் தேவைப்படும் மூலப்பொருட்களின் இருப்பு நிலையற்றதாக உள்ளது—ஏனெனில் அவை குறிப்பிட்ட பிராந்தியங்களில் செறிந்து காணப்படுகின்றன, சுத்திகரிப்பு செயல்முறை சிக்கலானது, அல்லது சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பு குறிப்பிடத்தக்கதாக இருக்கிறது. உலோகவியல் இரண்டு வழிகளில் இந்தப் பிரச்சினைகளைத் தீர்க்க உதவுகிறது: பதிலீடு (மாற்று உலோகக் கலவைகள் அல்லது மூலப்பொருட்களை உருவாக்குதல்) மற்றும் அதிக செயல்திறன் மிக்க செயலாக்கம் (உற்பத்தியை அதிகரித்தல், அதீத தூய்மைத் தேவைகளைக் குறைத்தல் அல்லது சுத்திகரிப்பை மேம்படுத்துதல்).

உதாரணமாக, செயல்திறனைக் குறைக்காமல், காந்தங்கள், வினையூக்கிகள் மற்றும் மின்கலங்களில் விலை உயர்ந்த அல்லது அரிதான உலோகங்களின் பயன்பாட்டைக் குறைப்பதற்கான ஆராய்ச்சி நடைபெற்று வருகிறது. அதே சமயம், பிரித்தெடுத்தல் மற்றும் சுத்திகரிப்புத் தொழில்நுட்பத்தில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றங்கள், தரம் குறைந்த தாதுக்கள் மற்றும் இரண்டாம் நிலை மூலங்களான மின்னணுக் கழிவுகள், தொழிற்சாலைக் கழிவுகள் ஆகியவற்றின் பயன்பாட்டை எளிதாக்கி, அதன் மூலம் புதிய சுரங்கங்களைச் சார்ந்திருப்பதைக் குறைக்கின்றன.

மூடுகிறது

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலானது, மின் உற்பத்தித் துறையில் ஏற்படும் புதுமைகளால் மட்டுமல்லாமல், பொருட்கள் பாதுகாப்பாகவும், திறமையாகவும், நீடித்து உழைக்கும் வகையிலும் செயல்படும் திறனாலும் வரையறுக்கப்படுகிறது. டர்பைன் கோபுர எஃகு கலவைகள், ஜெனரேட்டர் காந்தங்கள், சூரிய மின்தகடு சட்டங்கள், மின்கலப் பொருட்கள் மற்றும் மறுசுழற்சி முதல் ஹைட்ரஜன் குழாய்கள் மற்றும் தொட்டிகள் வரை, உலோகவியல் ஏறக்குறைய ஒவ்வொரு கட்டத்திலும் இடம்பெற்றுள்ளது. இது பசுமைத் தொழில்நுட்பங்களின் செயல்திறன், செலவு, நம்பகத்தன்மை மற்றும் சுற்றுச்சூழல் தாக்கம் ஆகியவற்றைத் தீர்மானிக்கிறது.

உலகளாவிய கார்பன் குறைப்பு இலக்குகள் அதிகரிக்கும்போது, ​​சிறப்பு உலோகங்கள் மற்றும் கலப்புலோகங்களுக்கான தேவை தொடர்ந்து அதிகரிக்கும். எனவே, மறுசுழற்சி மற்றும் குறைந்த கார்பன் உலோகவியல் உள்ளிட்ட உலோகவியல் ஆராய்ச்சியில் செய்யப்படும் முதலீடு, விரைவான, மலிவான மற்றும் நிலையான புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மாற்றத்தை உறுதி செய்வதில் வெறும் ஆதரவாக மட்டும் இல்லாமல், ஒரு முக்கிய காரணியாகவும் விளங்குகிறது. புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலே எதிர்காலம் என்றால், அதற்கு அடித்தளமாக விளங்கும் மிக முக்கியமான அடித்தளங்களில் ஒன்றாக உலோகவியல் திகழ்கிறது.