Cercetătorii au generat căldură de peste 1.000 de grade Celsius cu energie solară în loc de combustibili fosili
În loc să ardă combustibili fosili pentru a topi oțelul și pentru a fabrica ciment, cercetătorii din Elveția doresc să folosească căldura de la soare. Un studiu demonstrativ utilizează cuarț sintetic pentru a capta energia solară și a genera căldură de peste 1.000 de grade Celsius, arătând rolul potențial al acestei metode în furnizarea de energie curată pentru industriile cu consum mare de carbon.
Studiul a fost publicat în jurnalul Device.
„Pentru a aborda schimbările climatice, trebuie să decarbonizăm energia în general. Oamenii tind să se gândească doar la electricitate ca sursă de energie, dar, de fapt, aproximativ jumătate din energie este utilizată sub formă de căldură”, spune Emiliano Casati, de la ETH Zurich (Elveția), autorul principal al studiului.
O soluție pentru industriile care necesită căldură de peste 1.000 de grade Celsius
Sticla, oțelul, cimentul și ceramica sunt esențiale pentru civilizația modernă, fiind necesare pentru construcția de la motoare auto până la zgârie-nori. Cu toate acestea, fabricarea acestor materiale necesită căldură de peste 1.000 de grade Celsius și se bazează foarte mult pe arderea combustibililor fosili pentru aceasta.
Aceste industrii reprezintă aproximativ 25% din consumul global de energie. Cercetătorii au explorat o alternativă de energie curată folosind receptoare solare, care concentrează și generează căldură cu ajutorul a mii de oglinzi ce urmăresc soarele. Totuși, această tehnologie întâmpină dificultăți în transferul eficient al energiei solare la temperaturi de peste 1.000°C, scrie Eurek Alert.
Pentru a crește eficiența receptoarelor solare, Casati s-a orientat către materiale semitransparente, cum ar fi cuarțul, care pot capta lumina solară, un fenomen numit efectul de capcană termică. Echipa a creat un dispozitiv de capcană termică prin atașarea unei tije de cuarț sintetic la un disc opac de siliciu ca absorbant de energie. Când au expus dispozitivul la un flux de energie echivalent cu lumina provenind de la 136 de sori, placa absorbantă a atins 1.050°C, în timp ce celălalt capăt al tijei de cuarț a rămas la 600°C.
Un progres în lupta cu schimbările climatice
„Cercetările anterioare au reușit să demonstreze efectul de capcană termică doar până la 170°C. Cercetările noastre au arătat că capcana termică solară funcționează nu doar la temperaturi scăzute, ci și la peste 1.000°C. Acest lucru este crucial pentru a demonstra potențialul său în aplicații industriale reale”, spune Casati.
Folosind un model de transfer termic, echipa a simulat, de asemenea, eficiența capcanei termice a cuarțului în condiții diferite. Modelul a arătat că capcana termică atinge temperatura țintă la concentrații mai mici cu aceeași performanță sau la o eficiență termică mai mare pentru aceeași concentrație. De exemplu, un receptor de ultimă generație (neprotejat) are o eficiență de 40% la 1.200°C, cu o concentrație de 500 de sori. Receptorul protejat cu 300 mm de cuarț atinge o eficiență de 70% la aceeași temperatură și concentrație. Receptorul neprotejat necesită cel puțin 1.000 de sori de concentrare pentru performanțe comparabile.
Casati și colegii săi optimizează acum efectul de capcană termică și investighează noi aplicații pentru această metodă. Până acum, cercetările lor au fost promițătoare. Explorând alte materiale, cum ar fi diferite fluide și gaze, au reușit să atingă temperaturi și mai ridicate. Echipa a notat, de asemenea, că capacitatea acestor materiale semitransparente de a absorbi lumina sau radiația nu se limitează la radiația solară.
„Problema energiei este fundamentală pentru supraviețuirea societății noastre. Energia solară este disponibilă în abundență, iar tehnologia există deja. Pentru a motiva cu adevărat adoptarea industrială, trebuie să demonstrăm viabilitatea economică și avantajele acestei tehnologii la scară largă”, spune Casati.
Vă recomandăm să citiți și:
Cea mai veche baterie funcționează neîntrerupt de peste 180 de ani
Progres uimitor în accelerarea de plasmă! Reușita cercetătorilor din Germania