Солнечные лучи могут расплавить… сталь
Ученые из Цюрихского университета создали устройство, которое, уловив солнечные лучи, способно разогреть объект до 1000 °С. А это, между прочим, достаточная температура, чтобы работала сталеплавильная печь. Исследование опубликовано в журнале Device 15 мая 2024 года.
Новое открытие демонстрирует, что солнечная энергия вполне способна стать альтернативой ископаемому топливу даже в таких высокотемпературных процессах, как выплавка стали.
Стекло, сталь, цемент и керамика — это главные компоненты современной цивилизации. Из них делают буквально всё — от автомобильных двигателей до небоскребов. Но чтобы получить эти материалы, требуются температуры выше 1000 °C. Подсчитано: на сферы производства данных материалов уходит примерно 25% всей произведенной энергии в мире.
В данный момент использование солнечной энергии для достижения таких температур — очень дорогостоящий и малоэффективный процесс. Поэтому в производственных печах используют традиционные углеводороды: нефть, уголь и газ.
— Эмилиано Казати, департамент машиностроения и технологических процессов, Цюрихский университет.
Пару лет назад объединенная команда исследователей из Греции и Германии попытались создать тепловую систему из зеркал, концентрирующих солнечный свет. Надо сказать, получить температуру выше 170 °С у международного коллектива не вышло, как они не старались.
Поэтому Казати и его помощники решили использовать совершенно другой метод, так называемую «тепловую ловушку». Принцип ее работы характеризуется тем, что в ловушке используются полупрозрачные материалы, обладающие способностью поглощать свет в больших количествах. Затем происходит повторное выделение энергии, только уже в виде тепла.
Исследователи направили поступающее солнечное излучение на синтетический кварцевый стержень, который улавливал тепло. Затем они прикрепили его к непрозрачной кремниевой чашке, которая поглощала тепло от кристалла. Когда падающий свет сиял с интенсивностью 135 солнц, поглощающая пластина нагрелась до 1050 °С, в то время как кварцевый стержень был относительно холодным — «всего» 600 °С.
Казати и его команда были не первыми, кто задействовал тепловую ловушку для получения высоких температур, но ученые из Цюриха догадались использовать синтетический кварц для улавливания солнечной энергии.
В следующих работах исследователи планируют протестировать различные материалы, включая жидкости и газ, которые могут действовать как тепловые ловушки. Ученые рассчитывают на достижение более высоких температур.
В дальнейшем Казати с помощниками хочет найти варианты использования данной технологии в промышленных масштабах и ее внедрения в различные отрасли.
— Эмилиано Казати.
1. Сейчас в некоторых странах стали строить солнечные дороги и тротуары. Специальные панели монтируют прямо в дорожное полотно. Панели способны генерировать энергию для освещения улиц, зарядки электромобилей и питания других городских инфраструктур.
Кроме того, такие дороги имеют весьма полезный бонус — подогрев. Следовательно, зимой им не требуется соль и химикаты для борьбы со льдом и снегом. В среднем, каждый квадратный метр солнечной дороги способен генерировать до 520 кВт/ч электроэнергии в год.
2. Плавучие фотоэлектрические установки не только освобождают наземные площади, но также помогают снизить испарение воды и максимально эффективно регулировать температуры в водоемах, где они установлены.
К примеру, в 2015 году в Японии была установлена крупнейшая на тот момент плавучая солнечная ферма на водоеме Ямакура, которая способна генерировать 13,7 МВт электроэнергии. Этого количества электричества хватит примерно на город с 40-50-тысячным населением.
3. Солнечные сушилки для сельскохозяйственной продукции — это один из самых новаторских способов производства. Данное оборудование позволяет сушить фрукты, овощи, зерно и прочие продукты в отдаленных районах, вообще не используя электроэнергию.
Так в 2019 году в Индии заработала солнечная сушилка SolarFlex, созданная компанией Midnight Sun Energy. Ее возможности таковы, что она способна уменьшить время сушки продуктов с нескольких недель до нескольких дней. При этом потери продовольствия снижаются на 30-40%.
Освобождение от углерода
Новое открытие демонстрирует, что солнечная энергия вполне способна стать альтернативой ископаемому топливу даже в таких высокотемпературных процессах, как выплавка стали.
Стекло, сталь, цемент и керамика — это главные компоненты современной цивилизации. Из них делают буквально всё — от автомобильных двигателей до небоскребов. Но чтобы получить эти материалы, требуются температуры выше 1000 °C. Подсчитано: на сферы производства данных материалов уходит примерно 25% всей произведенной энергии в мире.
В данный момент использование солнечной энергии для достижения таких температур — очень дорогостоящий и малоэффективный процесс. Поэтому в производственных печах используют традиционные углеводороды: нефть, уголь и газ.
Чтобы бороться с глобальным потеплением, нам просто необходимо сделать энергию свободной от углерода. Многие думают, что энергия — это исключительно электричество. Это нет так, потому что примерно половина всей энергии на планете используется в виде тепла
— Эмилиано Казати, департамент машиностроения и технологических процессов, Цюрихский университет.
Пару лет назад объединенная команда исследователей из Греции и Германии попытались создать тепловую систему из зеркал, концентрирующих солнечный свет. Надо сказать, получить температуру выше 170 °С у международного коллектива не вышло, как они не старались.
Как поймать солнечный свет?
Поэтому Казати и его помощники решили использовать совершенно другой метод, так называемую «тепловую ловушку». Принцип ее работы характеризуется тем, что в ловушке используются полупрозрачные материалы, обладающие способностью поглощать свет в больших количествах. Затем происходит повторное выделение энергии, только уже в виде тепла.
Исследователи направили поступающее солнечное излучение на синтетический кварцевый стержень, который улавливал тепло. Затем они прикрепили его к непрозрачной кремниевой чашке, которая поглощала тепло от кристалла. Когда падающий свет сиял с интенсивностью 135 солнц, поглощающая пластина нагрелась до 1050 °С, в то время как кварцевый стержень был относительно холодным — «всего» 600 °С.
Казати и его команда были не первыми, кто задействовал тепловую ловушку для получения высоких температур, но ученые из Цюриха догадались использовать синтетический кварц для улавливания солнечной энергии.
В следующих работах исследователи планируют протестировать различные материалы, включая жидкости и газ, которые могут действовать как тепловые ловушки. Ученые рассчитывают на достижение более высоких температур.
В дальнейшем Казати с помощниками хочет найти варианты использования данной технологии в промышленных масштабах и ее внедрения в различные отрасли.
Солнечная энергия доступна практически везде. Наша технология уже отработана. Осталось найти ей широкое применение, чтобы минимизировать использование углерода
— Эмилиано Казати.
Три неожиданных примера использования солнечной энергии
1. Сейчас в некоторых странах стали строить солнечные дороги и тротуары. Специальные панели монтируют прямо в дорожное полотно. Панели способны генерировать энергию для освещения улиц, зарядки электромобилей и питания других городских инфраструктур.
Кроме того, такие дороги имеют весьма полезный бонус — подогрев. Следовательно, зимой им не требуется соль и химикаты для борьбы со льдом и снегом. В среднем, каждый квадратный метр солнечной дороги способен генерировать до 520 кВт/ч электроэнергии в год.
2. Плавучие фотоэлектрические установки не только освобождают наземные площади, но также помогают снизить испарение воды и максимально эффективно регулировать температуры в водоемах, где они установлены.
К примеру, в 2015 году в Японии была установлена крупнейшая на тот момент плавучая солнечная ферма на водоеме Ямакура, которая способна генерировать 13,7 МВт электроэнергии. Этого количества электричества хватит примерно на город с 40-50-тысячным населением.
3. Солнечные сушилки для сельскохозяйственной продукции — это один из самых новаторских способов производства. Данное оборудование позволяет сушить фрукты, овощи, зерно и прочие продукты в отдаленных районах, вообще не используя электроэнергию.
Так в 2019 году в Индии заработала солнечная сушилка SolarFlex, созданная компанией Midnight Sun Energy. Ее возможности таковы, что она способна уменьшить время сушки продуктов с нескольких недель до нескольких дней. При этом потери продовольствия снижаются на 30-40%.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
После чудовищного Эль-Ниньо наш мир, возможно, уже не будет прежним
Первой жертвой будет Амазония, но это, как говорят ученые, только начало...
Кто на самом деле сделал Терракотовую армию: историческую сенсацию рассмотрели в отпечатках на древней глине
Поразительно, но открытие китайских ученых перекликается с исследованиями по Древнему Египту и Ближнему Востоку...
«Мы научили медведей видеть в нас добычу»: биолог рассказал, почему хищники нападают на людей по всей России
По словам ученого, совпало сразу несколько факторов, поэтому решить проблему будет сложно...
«Мясной фарш» для Гитлера: как виртуозная операция в 1943 году решила ход битвы за Италию
Дерзко, остроумно и с огромной долей везения: британский план висел на волоске, но Лондону помогли… сами немцы...
Шуховскую башню в Москве начали разбирать: почему правнук великого русского инженера против такой «реконструкции»?
Где главный промах московских властей и чем восстановление отличается реконструкции?...
Крестик XII века показал, настолько ученые ошибались в истории древнего Смоленска
Скромный артефакт из редкого материала оказался для археологов дороже серебряного клада...
Пустая еда: почему за 60 лет наши продукты потеряли половину полезных веществ и микроэлементов
По словам исследователей, мир находится в состоянии скрытого голода: калорий, вроде бы, хватает, а витаминов и минералов нет...
Самое древнее кораблекрушение в истории: что нашли турецкие ученые на судне, которое утонуло 4600 лет назад?
Подобные артефакты в свое время находили не только в легендарной Трое, но и рядом с Великой пирамидой в Египте...
Монетный детектив: российский ученый 10 лет охотился за распроданными сокровищами и раскрыл тайну древнего царства на Боспоре
Пожалуй, это одна из самых интересных исторических загадок, раскрытых в последнее время...
Что массово убивало пингвинов в 2024-м: ученые подозревали птичий грипп, но они ошибались
Поразительно, но виновник массовой гибели птиц больше 20 лет находился под носом у исследователей, а они его не замечали...
Почему ледник Судного дня не перестанет таять, даже если остынут моря и океаны?
Новое исследование показало: у Антарктиды есть поразительные сценарии будущего, от которых зависит судьба всего мира...
Маск только что показал летающий автомобиль: история говорит, что это может не сработать
Почему эксперты Popular Mechanics не верят в успех нового проекта владельца SpaceX и Tesla...