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High-performance materials for particles and supercritical CO2 heat exchangers of next-generation concentrated solar power plant systems

Benitez, Daniel und Kölsch, Benedikt und Blackburn, Tom und Knowles, Alexander und Ma, Kan und Kerbstadt, Michael und White, Emma und Galetz, Mathias und Pinomaa, Tatu und Freimane, Liva und Laukkanen, Anssi und Navas, Marta und Hernandez, Rebeca (2026) High-performance materials for particles and supercritical CO2 heat exchangers of next-generation concentrated solar power plant systems. Mrs Bulletin. Cambridge University Press. doi: 10.1557/s43577-025-01049-9. ISSN 0883-7694.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Kurzfassung

High-temperature heat exchangers for concentrated solar thermal systems operating at up to 750°C and 250 bar face challenges, including creep, oxidation, corrosion, thermal cycling, and particle-driven erosion. The COMPASsCO2 project explored Cr-based superalloys as cost-effective alternatives to conventional Ni-based alloys. Two novel material systems were developed: Cr-NiAl alloys with Fe additions that reached homogeneous microstructures and stable NiAl precipitates, enhancing high-temperature strength, and Cr-Si alloys showing exceptional hardness and erosion resistance. Although high ductile-to-brittle transition temperatures limited the use of Cr-Si as bulk materials, they proved effective as protective slurry coatings. A novel Cr-Si diffusion coating process was developed and validated through oxidation and erosion testing. Laboratory-scale testing under simulated conditions was supported by computational wear modeling, thermodynamic simulations, and machine-learning-based microstructural analysis. These findings highlight material solutions applicable to the particle/sCO2 use case and relevant to other high-temperature, chemically aggressive industrial environments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223380/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:High-performance materials for particles and supercritical CO2 heat exchangers of next-generation concentrated solar power plant systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Benitez, Danieldaniel.benitez (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6078-2989NICHT SPEZIFIZIERT
Kölsch, Benediktbenedikt.koelsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3564-9822NICHT SPEZIFIZIERT
Blackburn, TomUniversity of BirminghamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knowles, AlexanderUniversity of BirminghamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ma, KanCity University of Hong KongNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kerbstadt, MichaelDechema ForschungsinstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
White, EmmaDechema ForschungsinstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Galetz, MathiasDechema ForschungsinstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pinomaa, TatuVTT Technical Research Centre of Finland LtdNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Freimane, LivaVTT Technical Research Centre of Finland LtdNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Laukkanen, AnssiVTT Technical Research Centre of Finland LtdNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Navas, MartaCIEMATNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hernandez, RebecaCIEMATNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 März 2026
Erschienen in:Mrs Bulletin
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1557/s43577-025-01049-9
Verlag:Cambridge University Press
ISSN:0883-7694
Status:veröffentlicht
Stichwörter:coating; extreme environment; Cr-Based Alloys
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Condition Monitoring
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung
Hinterlegt von: Benitez, Daniel
Hinterlegt am:30 Mär 2026 13:55
Letzte Änderung:30 Mär 2026 13:55

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