Τήξη χάλυβα με ηλιακό φως: Η νέα τεχνολογία ηλιακών παγίδων θα μπορούσε να βοηθήσει στην απανθρακοποίηση της βιομηχανικής θερμότητας
Το 25% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας πηγαίνει στην κατασκευή γυαλιού, χάλυβα και τσιμέντου
Μερικοί από τους πιο δύσκολους τομείς για την απαλλαγή από τον άνθρακα είναι βιομηχανίες που απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες, όπως η τήξη χάλυβα και η παραγωγή τσιμέντου. Μια νέα προσέγγιση χρησιμοποιεί μια συνθετική ηλιακή παγίδα χαλαζία για να παράγει θερμοκρασίες άνω των 1.000 βαθμών Κελσίου (1.832 βαθμούς Φαρενάιτ) – αρκετά ζεστές για μια σειρά βιομηχανιών έντασης άνθρακα.
Ενώ το μεγαλύτερο μέρος της εστίασης στον αγώνα για το κλίμα ήταν στον καθαρισμό του ηλεκτρικού δικτύου και των μεταφορών, ένα εκπληκτικά μεγάλο μέρος της χρήσης ορυκτών καυσίμων πηγαίνει στη βιομηχανική θερμότητα. Το 25% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας πηγαίνει στην κατασκευή γυαλιού, χάλυβα και τσιμέντου.
Η ηλεκτροδότηση αυτών των διαδικασιών είναι δύσκολη επειδή είναι δύσκολο να επιτευχθούν οι υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται. Οι ηλιακοί δέκτες, οι οποίοι χρησιμοποιούν χιλιάδες κάτοπτρα παρακολούθησης του ήλιου για να συγκεντρώσουν ενέργεια από τον ήλιο, έχουν δείξει πολλά υποσχόμενοι, καθώς μπορούν να φτάσουν θερμοκρασίες 3.000 C. Αλλά είναι πολύ αναποτελεσματικές όταν οι διαδικασίες απαιτούν θερμοκρασίες άνω των 1.000 C, επειδή μεγάλο μέρος της ενέργειας ακτινοβολείται πίσω.
Ερευνητές από το ETH Zurich στην Ελβετία έδειξαν ότι η προσθήκη ημιδιαφανούς χαλαζία σε έναν ηλιακό δέκτη θα μπορούσε να παγιδεύσει ηλιακή ενέργεια σε θερμοκρασίες τόσο υψηλές όσο 1.050 C. Αυτό είναι αρκετά ζεστό για να αντικαταστήσει τα ορυκτά καύσιμα σε μια σειρά από εξαιρετικά ρυπογόνες βιομηχανίες, λένε οι ερευνητές.
“Προηγούμενη έρευνα κατάφερε να αποδείξει μόνο το φαινόμενο της θερμικής παγίδας έως και 170 C”, δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Emiliano Casati σε δελτίο τύπου. «Η έρευνά μας έδειξε ότι η ηλιακή θερμική παγίδευση λειτουργεί όχι μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά πολύ πάνω από 1.000 C. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας για να δείξει τις δυνατότητές του για πραγματικές βιομηχανικές εφαρμογές».
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα δίσκο καρβιδίου του πυριτίου για να απορροφήσουν την ηλιακή ενέργεια, αλλά προσάρτησαν μια ράβδο χαλαζία μήκους περίπου ενός ποδιού σε αυτό. Επειδή ο χαλαζίας είναι ημιδιαφανής, το φως μπορεί να περάσει μέσα από αυτόν, αλλά επίσης απορροφά εύκολα τη θερμότητα και εμποδίζει την ακτινοβολία της προς τα έξω.
Αυτό σήμαινε ότι όταν οι ερευνητές υπέβαλαν τη ράβδο χαλαζία σε προσομοιωμένο ηλιακό φως ισοδύναμο με 136 ήλιους, η ηλιακή ενέργεια πέρασε εύκολα στην πλάκα πυριτίου και στη συνέχεια παγιδεύτηκε εκεί. Αυτό επέτρεψε στην πλάκα να θερμανθεί έως και 1.050 C, σε σύγκριση με μόλις 600 C στο άλλο άκρο της ράβδου.
Οι προσομοιώσεις της συσκευής διαπίστωσαν ότι οι δυνατότητες θερμικής παγίδευσης του χαλαζία θα μπορούσαν να ενισχύσουν σημαντικά την απόδοση των ηλιακών δεκτών. Η προσθήκη μιας ράβδου χαλαζία σε έναν υπερσύγχρονο δέκτη θα μπορούσε να αυξήσει την απόδοση από 40% σε 70% όταν προσπαθείτε να φτάσετε σε θερμοκρασίες 1.200 C. Αυτό το είδος κέρδους απόδοσης θα μπορούσε να μειώσει δραστικά το μέγεθος, και ως εκ τούτου το κόστος, των εγκαταστάσεων ηλιακής θερμότητας.
Ενώ εξακολουθεί να είναι απλώς μια απόδειξη της ιδέας, η απλότητα της προσέγγισης σημαίνει ότι πιθανότατα δεν θα ήταν πολύ δύσκολο να εφαρμοστεί στην υπάρχουσα τεχνολογία δέκτη. Εταιρείες όπως η Heliogen, η οποία υποστηρίζεται από τον Bill Gates, έχουν ήδη αναπτύξει τεχνολογία ηλιακών κλιβάνων που έχει σχεδιαστεί για να παράγει τις υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών.
Ο Casati λέει ότι η υπόσχεση είναι σαφής, αλλά πρέπει να γίνει δουλειά για να αποδειχθεί η εμπορική σκοπιμότητά της.
«Η ηλιακή ενέργεια είναι άμεσα διαθέσιμη και η τεχνολογία είναι ήδη εδώ», λέει. «Για να παρακινήσουμε πραγματικά την υιοθέτηση της βιομηχανίας, πρέπει να αποδείξουμε την οικονομική βιωσιμότητα και τα πλεονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας σε κλίμακα».
Αλλά η προοπτική αντικατάστασης ενός τόσο μεγάλου μέρους της χρήσης ορυκτών καυσίμων με ηλιακή ενέργεια θα πρέπει να είναι αρκετό κίνητρο για να υλοποιηθεί αυτή η τεχνολογία.
Πίστωση εικόνας: Μια νέα ηλιακή παγίδα που κατασκευάστηκε από μια ομάδα επιστημόνων του ETH Zurich φτάνει τους 1050 C (Device/Casati et al.)
Πηγή: singularityhub.com
