Ученые сгенерировали тепло свыше 1000 °C, используя солнце вместо топлива

Вместо сжигания ископаемого топлива для выплавки стали и обжига цемента швейцарские исследователи хотят использовать тепло солнца. Их исследование демонстрирует возможность улавливания солнечной энергии с помощью синтетического кварца для достижения температур свыше 1000°C. Это открывает перспективу применения чистого источника энергии для отраслей с высокой углеродоемкостью, пишет TechXplore.

Стекло, сталь, цемент и керамика являются краеугольными камнями современной цивилизации и необходимы для строительства всего, начиная от автомобильных двигателей и заканчивая небоскребами. Однако производство этих материалов требует температур выше 1000°C и во многом зависит от сжигания ископаемых видов топлива для получения тепла.

На эти отрасли приходится 25% мирового потребления энергии. Исследователи изучали альтернативу на основе чистой энергии, использующую солнечные приемники, которые концентрируют и накапливают тепло с помощью тысяч зеркал, следящих за солнцем. Однако эта технология сталкивается с трудностями при эффективной передаче солнечной энергии выше 1000°C.

Чтобы повысить эффективность солнечных приемников, ученые обратились к полупрозрачным материалам, способным улавливать солнечный свет, таким как кварц. Это явление называется «эффектом тепловой ловушки». Для создания такой «тепловой ловушки» группа ученых соединила синтетический кварцевый стержень с непрозрачным кремниевым диском, служащим поглотителем энергии.

Когда команда подвергла устройство воздействию потока энергии, эквивалентного свету, исходящему от 136 солнц, температура поглотительной пластины достигла 1050°C, тогда как на другом конце кварцевого стержня осталась температура 600°C.

Исследователи ранее демонстрировали термоэффект захвата лишь при температурах до 170°C. Новая работа показала, что солнечный термозахват работает не только при низких температурах, но и значительно выше 1000°C.

Ученые также смоделировали эффективность термического захвата кварца в разных условиях с помощью модели теплопередачи. Моделирование показало, что термический захват позволяет нагревать материалы до более высоких температур, используя меньше энергии.

Современный концентратор имеет КПД 40% при температуре 1200°C и концентрации света, эквивалентной 500 солнцам. Приемник, экранированный 300 мм кварцем, достигает эффективности 70% при той же температуре и концентрации. Неэкранированный приемник потребует как минимум 1000 солнц для достижения сопоставимых характеристик.