Déan Dearthaí Nua Caidéil Teasa le Maighnéid in ionad Cuisneáin

Giniúint Teasa a Fheabhsú

I measc na n-éileamh féideartha ar fhuinneamh, is é teas an úsáid deiridh is airde (lena n-áirítear, mar shampla, leictreachas a chlaochlú go teas). Mar sin déanann sé ciall nach dtarlóidh dícharbónú ach amháin má dhéantar giniúint teasa ar an mbealach is glaise agus is féidir, agus go han-éifeachtach.

Tá sé seo i bhfad ó bheith déanta, toisc gurb ionann breoslaí iontaise agus 63% den úsáid fuinnimh dhomhanda do théamh a bhaineann le foirgnimh, laghdú de 4 phointe céatadáin ón mbliain 2010 i leith.

Foinse: IEA

Is bac mór é seo d’aon chás glan-nialas, a éilíonn ar a laghad an oiread iarracht is a bheadh ​​le modhanna iompair aonair a athrú go EVanna.

Go dtí seo, is é an príomh-mhodh ná dul i dtreo caidéil teasa, agus in ionad rudaí a dhó chun teas a tháirgeadh, a bhogadh ó phointe amháin go pointe eile.

Fiú má tá siad níos éifeachtaí, d'fhéadfaí caidéil teasa a fheabhsú fós. Is é seo a bhfuil taighdeoirí ag Saotharlann Náisiúnta Ames (SAM) agus Ollscoil Stáit Iowa ag obair air, le cineál nua caidéil teasa ar a dtugtar “caidéal teasa magnetocaloric”.

D’fhoilsigh siad a dtorthaí is déanaí le déanaí san iris Applied Energy, faoin teideal “Teicneolaíocht caidéil teasa maighnéadcalórach inscálaithe agus dlúth¹".

Conas a Oibríonn Caidéil Charn Traidisiúnta?

Is é an príomhchoincheap a bhaineann le caidéal teasa ná fuinneamh a “shabháil” in aon áit amháin, agus é a iompar go háit eile.

Go hiondúil, bainfidh sé teas ón timpeallacht timpeall ar theach nó ar fhoirgnimh eile agus déanfaidh sé é a instealladh ar ais taobh istigh.

Toisc nach bhfuil aon teas a ghintear i ndáiríre, díreach tar éis bogadh thart, is féidir leis rátaí éifeachtúlachta a thaispeáint os cionn 100% nuair a thomhaistear é in uaireanta Watts (Wh) den leictreachas a chaitear.

Tá an córas seo níos ilfhiúsach freisin ná córas teasa traidisiúnta, mar is féidir leis oibriú ar ais freisin. Mar sin, i bhformhór na gcásanna, is féidir é a dhúbailt chomh maith le fuarú i rith míonna an tsamhraidh.

Foinse: Stóras an Chaidéil Teasa

Úsáideann an gnáthchaidéal teasa córas comhbhrú gáis chun an teas a bhogadh, mar go n-ionsúnn nó go scaoileann gáis teas nuair a bhíonn siad comhbhrúite/dí-chomhbhrúite.

Is é comhbhrú gáis an modh is coitianta a úsáidtear, toisc gur teicneolaíocht an-aitheanta é, ag brath ar chomhlaí, píopaí agus comhbhrúiteoirí nach bhfuil chomh difriúil leis an gceann a úsáideadh fiche nó tríocha bliain ó shin.

D’fhéadfadh nach é seo an dearadh caidéil teasa is fearr, áfach, agus maighnéad a bheith ina iomaitheoir láidir.

Cineálacha Teaschaidéil

Tá dearaí éagsúla caidéil teasa difriúil ar bhealaí éagsúla, lena n-áirítear an áit a n-asbhaineann siad an fuinneamh, an áit a seolann siad é, agus an bhfuil siad oiriúnaithe d’aeráid fhuar nó nach bhfuil.

EFoinsí fuinnimh

• Foinse Talún: Ar a dtugtar caidéil teasa geoiteirmeacha freisin, baineann siad leas as teas ón talamh agus is eol dóibh a n-ardéifeachtúlacht.
• Foinse Aeir: An cineál is coitianta, is iad seo a bhaintear teas ón aer agus tá siad níos éasca a shuiteáil ná caidéil foinse talún.
• Foinse Uisce: Úsáideann siad seo foinsí uisce in aice láimhe mar lochanna nó toibreacha le haghaidh malartú teasa.

suiteáil

• Duchta: Comhtháite i nduchtobair tí, cuireann siad seo teas agus fuarú láraithe ar fáil.
• Mionscoilteadh: Ideal do thithe gan duchtanna, ceadaíonn siad seo rialú aonair ar theocht an tseomra.

aeráid

• Aeráid Fuar: Deartha go sonrach do réigiúin le geimhreadh crua, coinníonn na caidéil teasa seo éifeachtúlacht fiú i dteocht an-fhuar mar gheall ar ardghnéithe cosúil le comhbhrúiteoirí luas athraitheach.
• Aeráid Ghnáth: Ideal le haghaidh aeráide measartha, is caidéil teasa caighdeánacha iad seo atá oiriúnach do ghnáthriachtanais teasa agus fuaraithe.

Modh Aistrithe Teasa

• Comhbhrú gáis: Oibríonn sé go réasúnta maith, le teicneolaíocht shimplí ar a dtugtar.
• Magnets: Fo-thacar den chaidéal teasa calórach níos mó “staid sholadach”, nach dteastaíonn aon chuisnithe.

Teicneolaíocht Chaidéil Teasa Magnetocaloric (MCHP).

Úsáideann MCHP prionsabail na n-éifeachtaí maighnéadacha, nó fuarú nó téamh ábhar maighnéadach le hathrú réimse maighnéadach a chuirtear i bhfeidhm go seachtrach.

Foinse: DTS

Go teoiriciúil, is féidir gur córas i bhfad níos fearr é seo, toisc go gcuireann sé deireadh leis an ngá atá le hábhair chuisneáin, atá tocsaineach agus / nó díobhálach don chomhshaol go ginearálta, a sceitheann go minic ó chaidéil teasa traidisiúnta, go háirithe nuair a théann an trealamh in aois.

Thar na blianta, tá go leor dearaí éagsúla do chaidéil teasa maighnéadcalórach molta ag baint úsáide as socruithe éagsúla:

• Neart réimsí maighnéadacha éagsúla.
• Ábhair maighnéadacha éagsúla, cosúil le gadolinium íon, cóimhiotail gadolinium, agus cóimhiotail LaFeSi (lanthanum-iarann-sileacain).
• Cruthanna éagsúla don ábhar magnetocaloric.

Tá éifeachtúlacht léirithe ag na córais seo níos airde ná na córais comhbhrú gaile is fearr. Bhí a n-réise teochta agus a gcumhacht teirmeach ar chluiche maith freisin.

Bhí sé le léiriú go fóill, áfach, go bhféadfadh na córais seo a bheith ag teacht le chéile mar a chéile le teaschaidéil thraidisiúnta maidir le costais, mais agus méid, agus na gnéithe tábhachtacha uile maidir le rathúlacht tráchtála féideartha.

Feidhmíocht Athraitheach

Thomhais na taighdeoirí dlús cumhachta an Chórais (SPD) de dhearaí éagsúla molta MCHP, nó an chumhacht teirmeach i vata roinnte ar mhais gléas i kg.

Léiríonn an litríocht eolaíoch reatha raon leathan SPD, idir ∼1 agus 40 W/kg.

Is díol suntais é go raibh cur chuige iomlán difriúil ag dhá cheann de na dearaí a raibh an SPD is airde acu: bhain ceann amháin úsáid as réimsí maighnéadacha arda ar ardmhinicíochtaí, agus bhain ceann amháin úsáid as réimsí ísle ag minicíochtaí ísle. Mar sin is dócha go bhfuil cineálacha cur chuige iolracha ann atá inmharthana go teicniúil.

Iomaíocht Le Comhbhrúiteoirí

Tá imscrúduithe déanta ag na taighdeoirí ar bhealaí éagsúla chun SPD a threisiú, ionad taighde a ndearnadh faillí air go dtí seo, le héifeachtúlacht iomlán agus níos mó a dhírigh taighdeoirí eolaíochtaí ábhar air.

Is dócha, áfach, gurb é SPD is mó a bheidh i gceist maidir le mórghlacadh caidéil teasa den sórt sin, toisc nach nglacfaidh aon úsáideoirí deiridh, idir thomhaltóirí agus thógálaithe, caidéil teasa ar mhéid seomra iomlán nó róthrom le láimhseáil go héasca.

Bhain siad úsáid as modhanna éagsúla:

• Athrú ar an gcóimhiotal maighnéadach a úsáidtear:
  • Ba é 374 W/kg an chumhacht in aghaidh na maise i gcás gadailiniam amháin.
  • Ba é 854 W/kg é d’ábhair bunaithe ar LaFeSi amháin.
• Dearaí éagsúla den ábhar maighnéadach, ó phlátaí go coirníní.
• Ringeanna maighnéadacha éagsúla, éagsúla i minicíocht agus déine.

Tríd an tástáil chórasach seo, fuair na taighdeoirí amach, ó bhunlíne theicniúil 5.9 W/kg, gur féidir córais MCHP a threisiú suas le 81.3 W/kg, nó méadú beagnach 14x ar dhlús cumhachta an chórais.

Ó na torthaí seo, tá an chuma ar an scéal gur féidir le MCHPanna a mheaitseáil le SPD roinnt de na caidéil teasa atá bunaithe ar chomhbhrúiteoirí a úsáidtear faoi láthair, go háirithe do chumhachtaí fuaraithe íseal nó measartha (< 200 W).

Cuideachtaí Magnetocaloric Teaschaidéil

Ní cosúil go bhfuil an chéad cheann eile ina chuideachta atá liostaithe go poiblí fós ag díol MCHP faoi láthair. Is réimse an-ghníomhach é, áfach, le go leor gnólachtaí nuathionscanta, go minic seachthorthaí taighde ceannródaíocha a dhéantar sna hollscoileanna is fearr. Mar shampla:

• Magneto
• Magnotherm
• CoolTech, is fochuideachta de chuid na Gearmáine é Grúpa HYDAC(ar siúl go príobháideach freisin).
• Camfridge

Mar sin, cé nach bhfuil sé an-éasca rochtain a fháil air, féadfaidh sé a bheith ina smaoineamh suimiúil do dhaoine ar infheisteoirí creidiúnaithe iad agus a bhfuil rochtain acu ar infheistíochtaí den sórt sin.

Cuideachta Gadolinium

Is cré annamh é Gadolinium, agus is í an tSín a tháirgeann 97% den táirgeadh domhanda (dé-ocsaíd gadolinium).

Is díol spéise é nach bhfuil mórán feidhm ag an miotal faoi láthair seachas úsáid nideoige ar nós ionsú neodrón i roinnt imoibreoirí núicléacha nó oibreáin chodarsnachta maighnéadacha le haghaidh MRI, agus mar sin bheadh ​​sé ina acmhainn foirfe le húsáid in ionad cuisneáin truaillithe a úsáidtear i gcaidéil teasa faoi láthair.

Toisc go bhfuil méadú leanúnach ag teacht ar an teannas trádála idir SAM agus an tSín ó chéad uachtaránacht Trump, is dócha gur fearr le haon infheisteoirí san Iarthar atá sásta geall a dhéanamh ar thalamh neamhchoitianta, lena n-áirítear gadolinium, foinsí eile.

Is cuideachta ionchasach den sórt sin Neo Ábhair.

Déanann Neo Materials speisialtóireacht i dtáirgeadh créanna neamhchoitianta agus ábhar ríthábhachtach. Áirítear leis seo gadailiniam, ach freisin créanna neamhchoitianta eile atá ríthábhachtach faoi láthair, amhail hafnium, niobium, galium, agus maighnéid tearcchré.

Foinse: Ábhair Neo

Tá na táirgí seo go léir ríthábhachtach chun leathsheoltóirí, maighnéid tuirbíní gaoithe, EVs, srl a tháirgeadh. Agus i bhformhór na gcásanna, soláthraíonn an tSín 90-99% díobh.

Tá an chuid is mó dá ioncam á bhaint ag an gcuideachta ó “Magnequench”: púdair agus maighnéid maighnéadacha neodimiam-iarann-bórón (NdFeB) a úsáidtear i mótair leictreacha (EVanna san áireamh).

Tagann an dara ceann is mó ó Cheimiceáin & Ocsaídí a úsáidtear i gcatalaíoch peitriliam agus ceimiceacha, hibrideach agus EVs, íonú uisce, taispeántais ard-éifeachtúlachta, lionsaí optúla, leictreonaic tomhaltóra, etc.

Foinse: Ábhair Neo

Tá ioncam Neo an-éagsúlaithe go geografach freisin, rud a fhágann go bhfuil sé níos sábháilte ó stoirmeacha geopolitical ná an chuid is mó de chuideachtaí san earnáil seo. Déanann sé roinnt táirgí sa tSín agus d'iompaigh sé fiú AsiaMag, éadáil 2019 isteach sna 5 déantóir maighnéadair bannaithe is mó sa tSín trí mhéadú a dhéanamh ar a mhéid díolacháin 5 huaire.

Ach déanann sé a riosca geografach a éagsúlú freisin. Mar shampla, tógfaidh an chuideachta go háirithe san AE (an Eastóin) an chéad ghléasra maighnéad sintéaraithe lasmuigh den tSín le haghaidh EVanna, agus táthar ag súil leis an gcéad táirgeadh in 2025.

Foinse: Ábhair Neo

Tríd is tríd, tá an láithreacht is comhtháite ag Neo Materials sa slabhra luacha maighnéad buan agus tearc-chré as an tSín, gan ach mianadóireacht a dhéanamh ar an amhiarainn nach bhfuil comhtháite go hingearach.

Tá níos mó ardchéimeanna tearc-chré agus saineolaithe teicniúla ag an gcuideachta ar tháirgí maighnéadacha tearc-chré ná aon chuideachta eile lasmuigh den tSín nó sa tSeapáin. Agus fiú sa tSeapáin, is féidir leis iomaitheoirí áitiúla a bhualadh chun conarthaí a shíniú le cuideachtaí cosúil le Honda nó Daido Steel.

Foinse: Ábhair Neo

Mar gheall ar an láithreacht láidir seo in ábhair atá ríthábhachtach don aistriú glas, chomh maith le go leor feidhmchlár ardteicneolaíochta ó mhonarú leathsheoltóra go cóimhiotail speisialta agus catalaíoch, is rogha mhaith é Neo d’infheisteoirí atá ag lorg nochta don earnáil, agus d’fhéadfadh go mbeadh buntáiste ag baint leis i gcás. cogaí trádála ag dul in olcas.

Tagairt Staidéir:

^{1. Zhang, Y., Li, X., Wang, Z., & Chen, H. (2024). Athbhreithniú cuimsitheach ar fheidhmchláir mheaisínfhoghlama i gcórais fuinnimh in-athnuaite. Fuinneamh Feidhmeach, 350, 120798. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.120798}