Naukowiec łapie światło słoneczne, aby osiągnąć temperaturę prawie 2000 stopni Fahrenheita

Inżynierowie opracowują nowe rozwiązanie w zakresie czystej energii: ładują kryształy energią słoneczną do temperatury 1000 stopni Celsjusza, co potencjalnie czyni je bardziej ekologicznym substytutem procesów wymagających dużej emisji dwutlenku węgla, podczas których wytapia się stal i gotuje cement.

Nowa technologia – opisana w badaniu weryfikującym koncepcję opublikowanym dzisiaj w Device – wykorzystuje właściwość kwarcu, która pozwala mu zatrzymywać światło słoneczne. Mocując pręt z syntetycznego kwarcu do krzemowego dysku służącego do pochłaniania energii, zespół sprawdził, czy urządzenie może zatrzymywać ciepło. Wysadzili go energią odpowiadającą światłu słonecznemu ze 136 Słońc; pręt nagrzał się do około 1112 stopni F (600 stopni C), ale płyta absorbera osiągnęła temperaturę 1922 stopni F (1050 stopni C).

„Ludzie zwykle myślą o elektryczności jedynie jako o energii, ale w rzeczywistości około połowa energii jest wykorzystywana w postaci ciepła” – powiedział Emiliano Casati, inżynier w ETH Zurich i współautor badania, w komunikacie Cell . „Aby stawić czoła zmianom klimatycznym, musimy ogólnie zdekarbonizować energię”.

Do tej pory odbiorniki słoneczne — urządzenia skupiające ciepło z luster odbijających światło słoneczne — nie były w stanie efektywnie obsługiwać energii słonecznej w temperaturach powyżej 1832 stopni F (1000 stopni C). Niektóre z najbardziej rozpowszechnionych procesów wymagających dużej emisji dwutlenku węgla, takie jak produkcja szkła, stali i cementu, wymagają temperatur na poziomie lub powyżej tego limitu, co firmy osiągają poprzez spalanie paliw kopalnych. Według CBS News sama produkcja cementu była odpowiedzialna za około 8 procent emisji CO2 w 2023 r., a topienie szkła jest odpowiedzialne za około 95 milionów ton antropogenicznego węgla, jak wynika z badań opublikowanych na początku tego roku w czasopiśmie American Ceramic Society.

Dodanie kwarcu do surowców produkcyjnych mogłoby umożliwić producentom osiągnięcie temperatur niezbędnych do pracy ze stalą, szkłem i cementem przy użyciu światła słonecznego, zamiast polegać wyłącznie na procesach powodujących ocieplenie naszej planety .

„Kwestia energetyczna jest kamieniem węgielnym przetrwania naszego społeczeństwa” – powiedział Casati. „Energia słoneczna jest łatwo dostępna, a technologia już istnieje. Aby naprawdę zmotywować do przyjęcia tej technologii w branży, musimy wykazać opłacalność ekonomiczną i zalety tej technologii na dużą skalę”.

Oprócz testów eksperymentalnych naukowcy modelowali skuteczność zestawu i odkryli, że kwarc zwiększa wydajność odbiornika. W ich modelu nieekranowany odbiornik miał 40% skuteczności w temperaturze 2192 stopni F (1200 stopni C), ale był 70% sprawny w tej samej temperaturze, gdy odbiornik był ekranowany 11,8 cala (300 milimetrów) kwarcu.

Zespół testuje obecnie inne materiały, w tym płyny i gazy, które mogą działać jako pułapki termiczne. Dzięki swoim zdolnościom do zatrzymywania ciepła materiały te mogą zwiększyć skuteczność rozwiązań w zakresie energii odnawialnej, które mają przed sobą długą drogę, jeśli kiedykolwiek mają zastąpić długoletni prymat paliw kopalnych.

Więcej: Teksańczycy głosują za miliardami na paliwa kopalne, rezygnując z odnawialnych źródeł energii jako opcji