Umesto da sagorevaju fosilna goriva za topljenje čelika i kuvanje cementa, istraživači u Švajcarskoj žele da koriste toplotu od sunca. Studija o dokazu koncepta, objavljena 15. maja u časopisu Device, koristi sintetički kvarc za hvatanje sunčeve energije na temperaturama preko 1.000°C, demonstrirajući potencijalnu ulogu metode u obezbeđivanju čiste energije za industrije koje intenzivno koriste ugljenik.
„Da bismo se uhvatili u koštac sa klimatskim promenama, moramo da dekarbonizujemo energiju uopšte“, kaže odgovarajući autor Emiliano Casati iz ETH Ciriha, Švajcarska. „Ljudi imaju tendenciju da razmišljaju samo o električnoj energiji kao o energiji, ali u stvari, otprilike polovina energije se koristi u obliku toplote.“
Staklo, čelik, cement i keramika su u samom srcu moderne civilizacije, neophodni za izgradnju svega, od motora automobila do nebodera. Međutim, proizvodnja ovih materijala zahteva temperature preko 1000°C i u velikoj meri se oslanja na sagorevanje fosilnih goriva za toplotu.
Ove industrije čine oko 25% globalne potrošnje energije. Istraživači su istražili alternativu čiste energije koristeći solarne prijemnike, koji koncentrišu i stvaraju toplotu pomoću hiljada ogledala za praćenje sunca. Međutim, ova tehnologija ima poteškoća u efikasnom prenosu sunčeve energije iznad 1.000°C.
Da bi povećao efikasnost solarnih prijemnika, Casati se okrenuo poluprozirnim materijalima kao što je kvarc, koji može uhvatiti sunčevu svetlost – fenomen koji se zove efekat termalne zamke. Tim je napravio uređaj za termičko hvatanje tako što je pričvrstio sintetičku kvarcnu šipku na neprozirni silicijumski disk kao apsorber energije.
Kada su uređaj izložili energetskom fluksu koji je ekvivalentan svetlosti koja dolazi od 136 sunca, ploča apsorbera je dostigla 1.050°C, dok je drugi kraj kvarcne šipke ostao na 600°C.
„Prethodna istraživanja su uspela da pokažu efekat termičke zamke do 170°C“, kaže Kasati. „Naše istraživanje je pokazalo da solarno termalno hvatanje radi ne samo na niskim temperaturama, već i na znatno iznad 1.000°C. Ovo je ključno da se pokaže njegov potencijal za industrijske primene u stvarnom svetu.“
Koristeći model prenosa toplote, tim je takođe simulirao efikasnost termičkog hvatanja kvarca u različitim uslovima. Model je pokazao da termičko hvatanje postiže ciljnu temperaturu pri nižim koncentracijama sa istim performansama, ili pri većoj toplotnoj efikasnosti za jednaku koncentraciju. Na primer, najsavremeniji (neoklopljeni) prijemnik ima efikasnost od 40% na 1200°C, sa koncentracijom od 500 sunca.
Prijemnik zaštićen sa 300 mm kvarca postiže 70% efikasnosti pri istoj temperaturi i koncentraciji. Neoklopljenom prijemniku je potrebno najmanje 1.000 sunca koncentracije za uporedive performanse.
Casati i njegove kolege sada optimizuju efekat termičkog hvatanja i istražuju nove aplikacije za metod. Do sada su njihova istraživanja bila obećavajuća. Istražujući druge materijale, kao što su različite tečnosti i gasovi, uspeli su da dostignu još više temperature. Tim je takođe primetio da sposobnost ovih polutransparentnih materijala da apsorbuju svetlost ili zračenje nije ograničena na sunčevo zračenje.
„Energetsko pitanje je kamen temeljac za opstanak našeg društva“, kaže Kasati. „Solarna energija je lako dostupna, a tehnologija je već tu. Da bismo zaista motivisali usvajanje industrije, moramo da pokažemo ekonomsku održivost i prednosti ove tehnologije u velikom obimu.“
