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
В Нью-Йорке может рухнуть 300-метровый небоскреб, причем не один
Власти твердят, что все безопасно, но статистика неумолима: более сотни жалоб, полторы сотни нарушений, больше сотни штрафов...
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
170 миллионов черных дыр прячутся на кладбищах Млечного Пути
Ученые доказали, что в свое время эти космические объекты в буквальном смысле сбежали с места своего рождения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...
Немецкий ученый был главным в секретной ракетной программе: однажды он вышел из кабинета и исчез навсегда
Как операция «Дамоклов меч» пресекла главную военную операцию целого государства...