Un team di scienziati ha utilizzato l’energia solare per riscaldare un oggetto a 1.800 gradi Fahrenheit (1.000 gradi Celsius), abbastanza caldo da alimentare una fornace per l’acciaio. Stando a quanto si apprende, lo studio scientifico, pubblicato il 15 maggio 2024 sulla rivista Device, ha così dimostrato come l’energia solare possa sostituire i combustibili fossili nei processi di produzione ad alta temperatura, come la fusione dell’acciaio:
Per produrre materiali come vetro, cemento e ceramica, le materie prime vengono riscaldate a temperature superiori a 1.800 F (1.000 C). Attualmente, l’utilizzo dell’energia solare per raggiungere queste temperature torride è costoso e inefficiente, quindi l’energia basata sul carbonio come il petrolio o il carbone viene generalmente utilizzata per alimentare le fornaci in cui vengono prodotti questi materiali. Queste industrie sono responsabili di circa il 25% del consumo energetico globale, scrivono i ricercatori nello studio.
“Per affrontare il cambiamento climatico, dobbiamo decarbonizzare l’energia in generale”, ha affermato in una nota l’autore corrispondente Emiliano Casati , scienziato del dipartimento di ingegneria meccanica e di processo dell’ETH di Zurigo in Svizzera . “Le persone tendono a pensare all’elettricità solo come energia, ma in realtà circa la metà dell’energia viene utilizzata sotto forma di calore.” Gli scienziati hanno già esplorato ricevitori solari, o sistemi di riscaldamento che convertono la radiazione solare in calore tramite specchi che inseguono il sole, ma questa tecnologia fatica a rompere la barriera dei 1.800 F. Nel nuovo studio, Casati e il suo team si sono basati su una proprietà chiamata effetto di trappola termica.
“In sintesi, abbiamo dimostrato sperimentalmente l’effetto di intrappolamento solare a T fino a 1.050°C. Utilizzando il quarzo come mezzo di assorbimento volumetrico, abbiamo eseguito esperimenti di stagnazione sotto radiazione termica concentrata e abbiamo ottenuto differenze di temperatura stazionarie tra l’assorbitore e la superficie esterna di circa 600°C. Un modello 3D di trasferimento del calore dell’apparato sperimentale viene sviluppato e validato rispetto ai risultati sperimentali e applicato per guidare la progettazione di ricevitori solari in varie condizioni limite di temperatura e concentrazione di flusso. Secondo lo studio parametrico effettuato, l’intrappolamento termico ha il potenziale per migliorare drasticamente l’efficienza dei ricevitori solari a concentrazione, in particolare in condizioni in cui l’aumento della concentrazione non è fattibile. Per una data temperatura, più alta termico può essere ottenuto aggiungendo materiale selettivo e/o aumentando il rapporto di concentrazione solare. Questo studio contribuisce allo sviluppo di ricevitori solari più efficienti per decarbonizzare i processi industriali chiave che richiedono calore ad alta T , come la produzione di cemento e metalli e la produzione termochimica di combustibili solari” – si legge nella pubblicazione. In sostanza, i materiali semitrasparenti assorbono fortemente la luce solare, riemettendola sotto forma di calore. Così i ricercatori hanno puntato la radiazione solare in arrivo su una bacchetta di quarzo sintetico che ha intrappolato il calore. Lo hanno poi attaccato a un piatto di silicone opaco, che ha assorbito il calore del cristallo.
La pubblicazione dello studio scientifico è consultabile online al seguente link: https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(24)00235-7
Fonti:
- https://mavt.ethz.ch/people/person-detail.MjI2NzA2.TGlzdC81NTksLTE3MDY5NzgwMTc=.html
- https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(24)00235-7
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