MIT ‘sun in a box’ uses white hot silicon for energy storage / Il 'sole in una scatola' del MIT utilizza silicio bianco caldo per l'accumulo di energia

MIT ‘sun in a box’ uses white hot silicon for energy storage / Il 'sole in una scatola' del MIT utilizza silicio bianco caldo per l'accumulo di energia


Segnalato dal Dott, Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

(Credit: Duncan MacGruer)
Engineers at MIT have developed a grid-scale energy storage concept known as the ‘sun in a box’, which they claim would be half the cost of pumped hydro storage.
The system relies on the transfer of molten silicon between two cylindrical graphite tanks, each about 10m wide. Silicon in the ‘cool’ tank would be stored at around 1,900°C, then pumped through a network of heated pipes into the second tank, reaching temperatures close to 2,400°C. The elements heating the pipes would be powered by excess energy from the grid, theoretically from renewable sources such as wind and solar.
To feed the stored energy back to the grid, molten silicon from the second tank – now glowing white hot – is passed through a system of pipes that emit light. This light is then captured by highly efficient multi-junction solar cells. Though commonly referred to as the ‘sun in a box’, the system’s official name is Thermal Energy Grid Storage-Multi-Junction Photovoltaics, or TEGS-MPV. The research is published in the journal Energy & Environmental Science.
“One of the affectionate names people have started calling our concept, is ‘sun in a box,’ which was coined by my colleague Shannon Yee at Georgia Tech,” said corresponding author Asegun Henry, an associate professor at MIT’s Department of Engineering. “It’s basically an extremely intense light source that’s all contained in a box that traps the heat.”
The system was inspired by concentrated solar plants that use molten salt as a storage medium. However, molten salt can only be heated to around 550°C before it becomes corrosive, meaning its efficiency is limited. Silicon, one of Earth’s most abundant elements, can operate safely at a much higher range. Key to the overall concept is a pump that can withstand such temperatures, and last year the team developed a pump that holds the Guinness World Record for the highest heat tolerance. Another area of concern was how the silicon would react with the graphite tanks. Testing on a miniature tank with silicon heated to 2,000°C for 60 minutes, the team found that a layer of silicon carbide formed, but actually acted as a non-reactive protective layer.
According to the researchers, a scaled-up version of the ‘sun in a box’ system using 10-metre tanks would allow a small city of 100,000 homes to be powered by renewable energy. Furthermore, it would not rely on natural geography in the way that pumped hydro does, as well as costing significantly less, claim the team. Pumped hydro is currently the cheapest form of grid-scale storage in widespread use.
“This is geographically unlimited, and is cheaper than pumped hydro, which is very exciting,” said Henry. “In theory, this is the linchpin to enabling renewable energy to power the entire grid.”
ITALIANO
Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un concetto di immagazzinamento dell'energia su scala di griglie noto come "il sole in una scatola", che sostengono sarebbe la metà del costo dell'idro in stoccaggio pompato.
Il sistema si basa sul trasferimento di silicio fuso tra due serbatoi cilindrici di grafite, ciascuno di circa 10 metri di larghezza. Il silicio nel serbatoio "freddo" verrebbe immagazzinato a circa 1.900 ° C, quindi pompato attraverso una rete di tubi riscaldati nel secondo serbatoio, raggiungendo temperature vicine a 2.400 ° C. Gli elementi che riscaldano i tubi sarebbero alimentati dall'eccesso di energia dalla rete, teoricamente da fonti rinnovabili come l'eolico e il solare.
Per alimentare nuovamente l'energia immagazzinata nella griglia, il silicio fuso proveniente dal secondo serbatoio - ora incandescente - passa attraverso un sistema di tubi che emettono luce. Questa luce viene quindi catturata da celle solari multigiunzione altamente efficienti. Anche se comunemente chiamato "sole in una scatola", il nome ufficiale del sistema è Thermal Energy Grid Storage-Multi-Junction Photovoltaics o TEGS-MPV. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Energy & Environmental Science.
"Uno dei nomi affettuosi che le persone hanno iniziato a chiamare il nostro concetto, è 'sole in una scatola', che è stato coniato dal mio collega Shannon Yee al Georgia Tech", ha detto l'autore corrispondente Asegun Henry, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria del MIT. "È fondamentalmente una fonte di luce estremamente intensa che è tutto contenuto in una scatola che intrappola il calore."
Il sistema è stato ispirato da impianti solari concentrati che utilizzano il sale fuso come mezzo di stoccaggio. Tuttavia, il sale fuso può essere riscaldato solo a circa 550 ° C prima che diventi corrosivo, il che significa che la sua efficienza è limitata. Il silicio, uno degli elementi più abbondanti della Terra, può operare in sicurezza in un intervallo molto più elevato. La chiave del concetto generale è una pompa in grado di sopportare tali temperature, e lo scorso anno il gruppo ha sviluppato una pompa che contiene il Guinness World Record per la massima tolleranza al calore. Un altro motivo di preoccupazione era il modo in cui il silicio avrebbe reagito con i serbatoi di grafite. Dopo un test su un serbatoio in miniatura con silicio riscaldato a 2.000 ° C per 60 minuti, il gruppo ha scoperto che si formava uno strato di carburo di silicio, ma che in realtà fungeva da strato protettivo non reattivo.
Secondo i ricercatori, una versione ingrandita del sistema "sole in una scatola" che utilizza serbatoi di 10 metri consentirebbe a una piccola città di 100.000 case di essere alimentata da energia rinnovabile. Inoltre, non fa affidamento sulla geografia naturale nel modo in cui funziona l'idro pompato, oltre a costare molto meno. L'idro pompato è attualmente la forma più economica di stoccaggio su scala di griglia in uso diffuso.
"Questo è geograficamente illimitato ed è più economico dell'idroelettrico pompato, il che è molto eccitante", ha detto Henry. "In teoria, questo è il fulcro per consentire alle energie rinnovabili di alimentare l'intera rete."
Da:
https://www.theengineer.co.uk/mit-sun-in-a-box/?cmpid=tenews_6866047&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79

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