איור של המלכודת התרמית הניסיונית. הוא מורכב ממוט קוורץ (בפנים) ובולם קרמי (בחוץ). קרינת השמש נכנסת בחזית, חום נוצר באזור האחורי. קרדיט: Casati E et al. מכשיר 2024, ערוך
בעתיד ניתן יהיה להשתמש באנרגיה סולארית לייצור מלט או פלדה, כלומרבמקום לשרוף פחם או שמן למטרה זו. חוקרים ב-ETH ציריך פיתחו מלכודת תרמית שיכולה לספוג אור שמש מרוכז ולהעביר חום של למעלה מאלף מעלות צֶלסִיוּס.
- מלכודת תרמית חדשה משתמשת באור השמש כדי להגיע לטמפרטורה של למעלה מאלף מעלות צלזיוס.
- הטכנולוגיה החדשה ממזערת את הפסדי החום ומאפשרת לייצר טמפרטורה גבוהה זו ביעילות
- הגישה יכולה לעזור לספק למפעלים תעשייתיים טמפרטורות גבוהות ובכך להפוך את התעשיות הללו לפחמן ניטרליות.
תהליכי חום תעשייתיים
ייצור של מלט, מתכות וסחורות כימיות רבות דורש טמפרטורות גבוהות במיוחד של למעלה מאלף מעלות צלזיוס. כיום, חום זה מתקבל בדרך כלל על ידי שריפת דלקים מאובנים: פחם או גז טבעי, הפולטים כמויות גדולות של גזי חממה. חימום בחשמל מתחדש אינו חלופה, מכיוון שזה יהיה לא יעיל בטמפרטורות גבוהות אלו. למרות שחלק ניכר מהכלכלה והחברה שלנו יצטרכו להפוך לפחמן ניטרלי בעשורים הקרובים, סביר להניח שתהליכים תעשייתיים אלה ימשיכו להיות מופעלים על ידי דלקים מאובנים לעתיד הקרוב. הם נחשבים קשים להפחתת פחמן.
פריצת דרך בטכנולוגיה תרמית סולארית
מדענים ב-ETH ציריך הדגימו כעת, במעבדה, דרך להפוך את התעשיות הללו לבלתי תלויות בדלקים מאובנים. באמצעות קרינת שמש, הם הנדסו מכשיר שיכול לספק חום בטמפרטורות הגבוהות הדרושות לתהליכי הייצור. הצוות בראשות אמיליאנו קאסטי, מדען בקבוצת הנדסת מערכות אנרגיה ותהליכים, ואלדו סטיינפלד, פרופסור לנושאי אנרגיה מתחדשת, פיתח מלכודת תרמית. הוא מורכב ממוט קוורץ המחובר לבולם קרמי שבזכות התכונות האופטיות שלו יכול לספוג ביעילות את אור השמש ולהמיר אותו לחום.
בניסויים בקנה מידה מעבדה, הצוות השתמש במוט קוורץ בקוטר של 7.5 ס"מ ובאורך של 30 ס"מ. הם חשפו אותו לאור מלאכותי בעוצמה שווה פי 135 מזו של אור השמש, והגיעו לטמפרטורות של עד 1050 מעלות צלזיוס. מחקרים קודמים של חוקרים אחרים השיגו מקסימום של 170 מעלות עם מלכודות תרמיות כאלה.
המרכיב העיקרי של המלכודת התרמית הוא גליל עשוי קוורץ. בניסויים הוא הגיע לטמפרטורה של 1050 מעלות צלזיוס וזוהר בחום זה. קרדיט: ETH ציריך / אמיליאנו קאסטי
טכנולוגיות ריכוז סולארי בקנה מידה גדול כבר הוקמו בקנה מידה תעשייתי לייצור חשמל סולארי, למשל בספרד, ארה"ב ובסין. מפעלים אלה פועלים בדרך כלל עד 600 מעלות. בטמפרטורות גבוהות יותר, איבוד החום על ידי קרינה גדל ומפחית את יעילות הצמחים. יתרון מרכזי של המלכודת התרמית שפותחה על ידי חוקרי ETH ציריך הוא בכך שהיא ממזערת את הפסדי החום הקרינה.
מפעלי שמש בטמפרטורה גבוהה
הגישה שלנו משפרת משמעותית את היעילות של ספיגת השמש", אומר קאסטי. "לכן אנו בטוחים שהטכנולוגיה הזו תומכת בפריסה של מפעלים סולאריים בטמפרטורה גבוהה." עם זאת, ניתוחים טכניים וכלכליים מפורטים עדיין תלויים ועומדים, הוא אומר. ניתוח כזה הוא מעבר להיקף המחקר הניסיוני הנוכחי, אותו פרסמו החוקרים בכתב העת המדעי. התקן.
קאסאטי ממשיך במחקר שלו כדי לייעל את התהליך. הטכנולוגיה תוכל יום אחד לאפשר להשתמש באנרגיה סולארית לא רק לייצור חשמל, אלא גם כדי לשחרר תעשיות עתירות אנרגיה בקנה מידה גדול. "כדי להילחם בשינויי האקלים, אנחנו צריכים לשחרר פחמן באנרגיה באופן כללי", אומר קאסטי. "אנשים חושבים לעתים קרובות על אנרגיה במונחים של חשמל, אבל למעשה אנו משתמשים בכמחצית מהאנרגיה שלנו בצורה של חום."
למידע נוסף על מחקר זה, ראה כוח שמש מנפץ את מחסום 1,000 מעלות צלזיוס לחימום תעשייתי.
