Швейцарские ученые разработали метод достижения температуры более 1000°C с использованием солнечной энергии вместо ископаемого топлива. Эта технология потенциально может изменить тяжелую промышленность, например, производство стали и цемента, которые требуют высоких температур. Обычно для них нужно сжечь большое количество ископаемого топлива, однако исследователи из Федерального института технологий в Цюрихе (ETH Zurich) предложили альтернативу, используя концентрированную солнечную энергию.
Команда из Цюриха разработала устройство для улавливания солнечной энергии, состоящее из синтетического кварца, которое позволяет достигать температуры до 1050 °C. Это устройство использует полупрозрачные материалы для создания эффекта тепловой ловушки, благодаря которому поглотительная пластина нагревается до высоких температур. Предыдущие исследования смогли достичь только 170 °C, но работа швейцарцев показала совершенно новый уровень возможностей этой технологии.
Исследование, опубликованное 15 мая в журнале Device, подтверждает возможность использовать солнечную энергию для обеспечения экстремального тепла, необходимого для углеродоемких отраслей. Эмилиано Казати из Федерального института технологий отметил, что для борьбы с изменением климата необходимо сократить выбросы углерода, и подчеркнул важность использования солнечной энергии не только для производства электричества, но и для генерации тепла.
Производство стекла, стали, цемента и керамики требует высоких температур и в настоящее время в значительной степени зависит от ископаемого топлива. На эти отрасли приходится около 25 % мирового потребления энергии. Солнечные приемники, которые концентрируют энергию с помощью тысяч зеркал, могут частично решить эту проблему, однако их эффективность при температурах выше 1000 °C остается низкой.
Для повышения эффективности солнечных приемников команда Казати использовала синтетический кварц, который способен улавливать солнечный свет и генерировать необходимое тепло. Модель теплопередачи показала, что устройство с кварцевым экраном достигло эффективности 70 % при температуре 1200 °C и концентрации 500 солнц, по сравнению с 40 % для неэкранированного приемника.
В ходе исследования команда также протестировала другие материалы, такие как различные жидкости и газы, для достижения еще более высоких температур. Кроме того, полупрозрачные материалы могут поглощать не только солнечную радиацию, но и другие формы излучения, что расширяет возможности их применения.
Казати отметил, что энергетическая проблема является ключевой для выживания общества. Солнечная энергия доступна, и технология уже существует, однако необходимо еще доказать ее экономическую жизнеспособность и преимущества в промышленном масштабе.
