محققان در سوئیس به جای سوزاندن سوخت های فسیلی برای ذوب فولاد و پختن سیمان، می خواهند از گرمای خورشید استفاده کنند. مطالعه اثبات مفهومی که در 15 می در مجله Device منتشر شد ، از کوارتز مصنوعی برای به دام انداختن انرژی خورشیدی در دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد (1832 درجه فارنهایت) استفاده می کند و نقش بالقوه این روش را در تامین انرژی پاک برای صنایع کربن فشرده نشان می دهد.
امیلیانو کاساتی، نویسنده مسئول ETH زوریخ، سوئیس، می‌گوید: «برای مقابله با تغییرات آب و هوایی، ما به طور کلی باید انرژی را کربن‌زدایی کنیم. مردم تمایل دارند که فقط به برق به عنوان انرژی فکر کنند، اما در واقع، حدود نیمی از انرژی به شکل گرما مصرف می شود.
شیشه، فولاد، سیمان و سرامیک در قلب تمدن مدرن قرار دارند و برای ساختن همه چیز از موتور ماشین گرفته تا آسمان خراش ضروری هستند. با این حال، تولید این مواد به دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد نیاز دارد و به شدت به سوختن سوخت های فسیلی برای گرما متکی است. این صنایع حدود 25 درصد از مصرف انرژی جهانی را تشکیل می دهند. محققان یک جایگزین انرژی پاک را با استفاده از گیرنده های خورشیدی کشف کرده اند که با هزاران آینه ردیاب خورشید، گرما را متمرکز و تولید می کنند. با این حال، این فناوری در انتقال کارآمد انرژی خورشیدی بالای 1000 درجه سانتیگراد با مشکل مواجه است.
برای افزایش کارایی گیرنده های خورشیدی، کازاتی به مواد نیمه شفافی مانند کوارتز روی آورد که می تواند نور خورشید را به دام بیندازد – پدیده ای به نام اثر تله حرارتی. این تیم با اتصال یک میله کوارتز مصنوعی به یک دیسک سیلیکونی مات به عنوان یک جاذب انرژی، یک دستگاه به دام انداختن حرارتی ساختند. وقتی دستگاه را در معرض شار انرژی معادل نوری که از ۱۳۶ خورشید می‌آید، صفحه جاذب به ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد (۱۹۲۲ درجه فارنهایت) رسید، در حالی که انتهای دیگر میله کوارتز در دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد (۱۱۱۲ درجه فارنهایت) باقی ماند.
کاساتی می‌گوید: «تحقیقات قبلی تنها توانسته است اثر تله حرارتی را تا دمای 170 درجه سانتیگراد (338 درجه فارنهایت) نشان دهد. “تحقیق ما نشان داد که تله گذاری حرارتی خورشیدی نه تنها در دماهای پایین، بلکه بسیار بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد کار می کند. این برای نشان دادن پتانسیل آن برای کاربردهای صنعتی در دنیای واقعی بسیار مهم است.”
این تیم با استفاده از یک مدل انتقال حرارت، کارایی به دام انداختن حرارتی کوارتز را در شرایط مختلف شبیه‌سازی کردند. این مدل نشان داد که تله‌گذاری حرارتی به دمای هدف در غلظت‌های پایین‌تر با عملکرد یکسان، یا در بازده حرارتی بالاتر برای غلظت مساوی دست می‌یابد. به عنوان مثال، یک گیرنده پیشرفته (بدون محافظ) بازدهی 40% در دمای 1200 درجه سانتی گراد با غلظت 500 خورشید دارد. گیرنده محافظت شده با 300 میلی متر کوارتز 70 درصد راندمان را در دما و غلظت یکسان به دست می آورد. گیرنده بدون محافظ به حداقل 1000 خورشید غلظت برای عملکرد قابل مقایسه نیاز دارد.
کاساتی و همکارانش اکنون در حال بهینه سازی اثر تله گذاری حرارتی و بررسی کاربردهای جدید این روش هستند. تاکنون تحقیقات آنها امیدوارکننده بوده است. با کاوش در مواد دیگر، مانند سیالات و گازهای مختلف، آنها توانستند به دمای بالاتری برسند. این تیم همچنین خاطرنشان کرد که توانایی این مواد نیمه شفاف برای جذب نور یا تشعشع محدود به تابش خورشیدی نیست.
کاساتی می گوید: «مسئله انرژی سنگ بنای بقای جامعه ما است. “انرژی خورشیدی به آسانی در دسترس است، و فناوری در حال حاضر وجود دارد. برای ایجاد انگیزه در پذیرش صنعت، ما نیاز داریم که قابلیت اقتصادی و مزایای این فناوری را در مقیاس نشان دهیم.”
Materials provided by Cell Press. Note: Content may be edited for style and length.
