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
Миссия Илона Маска может погубить Марс
Эксперты пришли в ужас от планов миллиардера....
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Доказано генетиками: Неандертальцы не вымерли
Они — это мы, хотя бы отчасти....
Два подводных газовоза «Пилигрим» смогут заменить целый газопровод
Эксперты уверены, что новый российский проект в корне изменит систему грузоперевозок в Арктике....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
Одно из древнейших животных на Земле обнаружили в австралийской глуши
Полмиллиарда лет назад был взрывной рост разнообразия видов....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Животных в лунные ночи сбивают на 50% чаще
Полнолуния опасны не только в мистических фильмах....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
В Нидерландах нашли тысячу доисторических курганов
Онлайн-проект помог распознать ранее неизвестные объекты культурного наследия....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....