Инженеры разработали устройство, которое может генерировать температуру более 1000°C, эффективно улавливая энергию солнца. Однажды его можно будет использовать в качестве экологически чистой альтернативы сжиганию ископаемого топлива при производстве таких материалов, как сталь, стекло и цемент.
Производство этих материалов включает нагрев сырья до температуры выше 1000°C путем сжигания ископаемого топлива, что чрезвычайно энергоемко. «Около половины энергии, которую мы используем, на самом деле не превращается в электричество», — говорит Эмилиано Казати из ETH Zurich в Швейцарии. «Он используется для производства многих материалов, которые нужны нам в повседневной жизни и в нашей промышленности».
Солнечные печи, в которых используется набор подвижных зеркал для фокусировки солнечного света на приемнике, который достигает высоких температур, могут использоваться на производственных площадках в качестве альтернативы сжиганию ископаемого топлива. Однако в настоящее время они совершенно неэффективны при преобразовании солнечной энергии до температуры выше 1000°C, говорит Казати.
Чтобы повысить эффективность таких устройств, Казати и его коллеги разработали улавливающий тепло солнечный приемник с 300-миллиметровым слоем кварца вокруг него.
Кварц — полупрозрачный материал, который пропускает через себя световую энергию, но блокирует тепловую энергию. Это означает, что, поскольку кремний нагревается от концентрированного солнечного света, кварц предотвращает обратную утечку тепловой энергии, удерживая тепло и уменьшая потери энергии в системе.
Команда протестировала модифицированный солнечный приемник на установке, которая имитирует солнечный свет с помощью светодиодов. Их первоначальные эксперименты показали, что кремниевый поглотитель легко достигает температуры 1050°C.
Согласно моделям теплопередачи, кремниевый экран может позволить приемникам достигать температуры до 1200°C, сохраняя при этом 70 процентов потребляемой системой энергии. Без кремниевого экрана энергоэффективность падает до 40 процентов при той же температуре.
Хотя это всего лишь экспериментальное устройство, Казати надеется, что однажды оно будет широко использоваться в качестве экологичного способа получения высоких температур, необходимых в производстве. «Нам действительно необходимо решить проблему декарбонизации этих отраслей, и это может быть одним из решений», — говорит он.
