Учёные использовали солнечную энергию, чтобы нагреть объект до 1800 градусов по Фаренгейту (1000 градусов по Цельсию) — это достаточно горячо, чтобы обеспечить энергией стальную печь. Исследование, подтверждающее концепцию, опубликованное 15 мая в журнале Device, демонстрирует, как солнечная энергия может заменить ископаемое топливо в высокотемпературных производственных процессах, таких как плавка стали.
Для производства таких материалов, как стекло, цемент и керамика, сырьё нагревается до температуры выше 1800 °F (1000 °C). В настоящее время использование солнечной энергии для достижения таких палящих температур является дорогостоящим и неэффективным мероприятием, поэтому для питания печей, в которых производятся эти материалы, обычно используется энергия на основе углерода, такая как нефть или уголь.
На эти отрасли приходится около 25% мирового потребления энергии, пишут учёные в исследовании.
«Чтобы бороться с изменением климата, нам необходимо декарбонизировать энергетику в целом, — сказал в своём заявлении один из авторов исследования Эмилиано Казати (Emiliano Casati), учёный из отдела машиностроения и технологического проектирования Швейцарской высшей технической школы Цюриха в Швейцарии. — Люди часто думают только об электричестве как о форме энергии, но на самом деле около половины энергии используется в виде тепла.»
Ранее учёные уже исследовали солнечные приемники, или системы нагрева, которые преобразуют солнечное излучение в тепло с помощью зеркал, следящих за солнцем, но эта технология испытывает трудности с преодолением барьера в 1800 °F.
В новом исследовании Казати и его команда воспользовались свойством, называемым эффектом тепловой ловушки. По сути, это когда полупрозрачные материалы поглощают солнечный свет, повторно излучая его в виде тепла.
В итоге исследователи направили входящее солнечное излучение на синтетический кварцевый стержень, который удерживал тепло. Затем его прикрепили к непрозрачному кремниевому диску, который поглощал тепло от кристалла.
Когда падающий свет светил с интенсивностью 135 солнц, температура поглотительной пластины поднялась до 1922 °F (1050 °C), тогда как температура кварцевого стержня осталась на уровне 1112 °F (600 °C).
Предыдущие исследования, не использующие синтетический кварц для удерживания солнечной энергии, позволили демонстрировать эффект тепловой ловушки лишь до 338 °F (170 °C), согласно заявлению.
В последующих работах исследователи испытали различные материалы, включая жидкости и газы, способные действовать как тепловые ловушки, и смогли достичь ещё более высоких температур, согласно заявлению.
В будущем исследователи, вероятно, будут рассматривать, как эту технологию можно использовать в масштабе для повышения вероятности её принятия и применения в различных отраслях.
«Солнечная энергия доступна в изобилии, и технология уже существует. Чтобы действительно стимулировать принятие этой технологии промышленностью, нам нужно продемонстрировать её экономическую жизнеспособность и преимущества на большом масштабе», — подчеркнул Казати.