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
Жуткие тайны из пасти людоедов
Ученые выяснили, чем на самом деле питались львы-каннибалы из Цаво....
Английский альпинист нашёлся спустя век. Правда, есть нюанс
На Эвересте обнаружили ногу британского исследователя....
Спустя 500 лет останки Колумба наконец-то обнаружены!
Ученым понадобилось более 20 лет, чтобы доказать их подлинность....
В Царской долине найден один из старейших скифских курганов
Как оказалось, здесь приносили человеческие жертвы 2000 лет подряд....
Миссия Илона Маска может погубить Марс
Эксперты пришли в ужас от планов миллиардера....
Таинственные области в мантии Земли оказались не тем, чем их считали ученые
Новое исследование показало, что все может быть намного проще....
Невероятный прорыв в науке: два человека смогли осознанно пообщаться во сне
Похоже, в нашей жизни скоро начнется новая эра....
Дотанцевался: у мужчины после многих лет брейк-данса появилась «дыра в черепе»
Врачи в шоке, а сами танцоры говорят, что это дело житейское....
Два подводных газовоза «Пилигрим» смогут заменить целый газопровод
Эксперты уверены, что новый российский проект в корне изменит систему грузоперевозок в Арктике....
Одно из древнейших животных на Земле обнаружили в австралийской глуши
Полмиллиарда лет назад был взрывной рост разнообразия видов....
Археологи восстановили приёмы боя на копьях в бронзовом веке
Экспериментальная археология проливает свет на технику обращения с оружием....
Находка окаменелостей может переписать историю не только Калифорнии, но даже США
Киты, мегалодоны, саблезубые лососи — и все это в одном месте!...
В Америке действует секретная программа по поиску и сокрытию информации об НЛО
Конгресс США в гневе, ведь Пентагон водил чиновников за нос много лет....
Контрольный выстрел в динозавров
Выяснилось, что астероид-убийца был не один....
Артроплевра: травоядный монстр длиной 2,7 м с головой хищника
Учёные воссоздали голову древнего членистоногого....
Доказано генетиками: Неандертальцы не вымерли
Они — это мы, хотя бы отчасти....