Сталеплавильный шлак предложили использовать для хранения солнечного тепла

Исследователи Университета штата Пенсильвания изучили сталеплавильный шлак как недорогой материал для высокотемпературного хранения тепла. Среди трёх проверенных разновидностей наиболее перспективным оказался шлак электродуговых печей. Работа в журнале Solar Energy описывает первую фазу исследования, а не испытание готового промышленного накопителя.

Отходы металлургии могут стать сырьём

Тепловые накопители позволяют сохранять энергию, полученную от солнца, и отдавать её позже, когда темно или облачно. Но специально созданные материалы для таких систем могут быть дорогими, подвергаться коррозии и ухудшаться после повторяющихся циклов нагрева и охлаждения.

Майкл Энемуо и Олумиде Огунмодиму предложили проверить промышленный побочный продукт, который уже образуется при выплавке стали. Шлак представляет собой камнеподобный материал с примесями, отделёнными от металла. Его повторное применение могло бы одновременно сократить объём отходов и потребность в новом сырье для энергетических технологий.

Однако различия в происхождении шлака означают, что его нельзя считать единым материалом с заранее известными свойствами. Состав, структура и поведение при нагреве требуют проверки для каждого типа.

Сравнили три разновидности

На первом этапе трёхфазного проекта команда исследовала структуру, состав фаз и показатели термической стабильности. Сравнивались:

• шлак ковшовой металлургии, богатый оксидами магния и алюминатами кальция;
• кислородно-конвертерный шлак с высоким содержанием оксида кальция и свободной извести;
• шлак электродуговых печей, отличающийся более устойчивой кристаллической структурой.

Последний показал наиболее благоприятное сочетание предварительных характеристик: небольшую потерю массы, минимальное обнаруживаемое содержание свободной извести и сравнительно стабильную реакцию на тепловое воздействие. Кроме того, он был менее склонен к расширению при взаимодействии с водой.

По результатам такого скрининга исследователи поставили на первое место шлак электродуговых печей, затем — ковшовой металлургии и кислородно-конвертерный. Это ранжирование основано на косвенных физико-химических признаках, а не на окончательной оценке эффективности накопителя.

Что ещё предстоит измерить

Авторы прямо указывают, что для практических выводов нужны измерения теплопроводности, удельной теплоёмкости и плотности, а также проверка длительной устойчивости при повторных тепловых циклах. Без этих данных нельзя утверждать, что материал уже обеспечивает нужный срок службы или экономию в реальной установке.

Читайте также по теме: другом исследовании по теме.

Следующие этапы включают проверку выводов и моделирование свойств, которые трудно исследовать экспериментально. Лишь после этого команда сможет переходить к модификации материала для производства. Работа показывает перспективный способ использования отходов, но пока не подтверждает готовность технологии к массовому внедрению.