Schweizer Forscher entwickeln Solarwärmemethode zur Dekarbonisierung energieintensiver Industrie

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Um den Klimawandel zu bekämpfen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern, hat ein Forscherteam in der Schweiz erforscht die Nutzung von Solarwärme zur Herstellung wichtiger Materialien wie Stahl und Zement. Diese innovative Methode könnte kohlenstoffintensive Industrien verändern und eine saubere und nachhaltige Alternative bieten.

Die Proof-of-Concept-Studie unter der Leitung von Emiliano Casati von der ETH Zürich, nutzt synthetischen Quarz, um Sonnenenergie einzufangen und Wärme bei Temperaturen über 1.000 °C (1.832 °F) zu erzeugen.. Dieser technologische Fortschritt zeigt das Potenzial von Solarwärme für die Energieversorgung von Industrien, die traditionell auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe angewiesen sind.

„Um den Klimawandel zu bekämpfen, müssen wir die Energie generell dekarbonisieren“, sagt Casati. „Die Leute neigen dazu, Strom als Energie zu betrachten, aber tatsächlich wird etwa die Hälfte der Energie als Wärme genutzt“, fügt er hinzu.

Die Materialien gefallen Glas, Stahl, Zement und Keramik sind für die moderne Zivilisation von grundlegender Bedeutung. Wird beim Bau von Automotoren, Wolkenkratzern und anderen wesentlichen Elementen verwendet. Ihre Herstellung erfordert jedoch extrem hohe Temperaturen, typischerweise über 1.000 °C, wodurch diese Industrien für etwa 25 % des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich sind.

Solarreceiver

Auf der Suche nach sauberen Lösungen suchen Forscher haben den Einsatz von Solarreceivern erforscht, die Wärme durch Tausende von Spiegeln konzentrieren und erzeugen, die der Sonne folgen. Bei der effizienten Übertragung von Sonnenenergie bei extrem hohen Temperaturen stand diese Technologie jedoch vor großen Herausforderungen.

Um die Effizienz von Solarreceivern zu verbessern, arbeiten Casati und sein Team Sie wandten sich halbtransparenten Materialien zu wie Quarz, ist in der Lage, Sonnenlicht durch den thermischen Falleneffekt einzufangen. Sie entwickelten ein Gerät, das einen synthetischen Quarzstab mit einer undurchsichtigen Siliziumscheibe verbindet, die als Energieabsorber fungiert.

Indem das Gerät einem Energiefluss ausgesetzt wird entspricht dem Licht von 136 Sonnen, Die absorbierende Platte erreichte 1.050 °C (1.922 °F), während das gegenüberliegende Ende des Quarzstabs auf 600 °C (1.112 °F) gehalten wurde. „Bisherige Untersuchungen konnten den thermischen Falleneffekt nur bis zu 170 °C (338 °F) nachweisen“, erklärt Casati. „Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die solarthermische Falle Es funktioniert nicht nur bei niedrigen Temperaturen, sondern auch über 1.000 °C. Das ist entscheidend, um sein Potenzial in industriellen Anwendungen zu demonstrieren aus der realen Welt.“

Mithilfe eines Wärmeübertragungsmodells simulierte das Team die Effizienz der Quarz-Thermofalle unter verschiedenen Bedingungen. Die Ergebnisse zeigten, dass die thermische Falle Die Zieltemperatur kann bei niedrigeren Konzentrationen bei gleicher Leistung oder bei höherer thermischer Effizienz bei gleicher Konzentration erreicht werden. Beispielsweise hat ein ungeschützter Receiver einen Wirkungsgrad von 40 % bei 1.200 °C und einer Konzentration von 500 Solen, während ein Receiver, der mit 300 mm Quarz geschützt ist, bei gleicher Temperatur und Konzentration einen Wirkungsgrad von 70 % erreicht.

Optimierung

Casati und seine Kollegen optimieren den thermischen Falleneffekt und untersuchen neue Anwendungen für diese Methode. Sie haben die Verwendung anderer Materialien, beispielsweise verschiedener Flüssigkeiten und Gase, erforscht, um noch höhere Temperaturen zu erreichen. Darüber hinaus entdeckten sie die Fähigkeit dieser halbtransparenten Materialien, Licht zu absorbieren Es ist nicht auf die Sonneneinstrahlung beschränkt.

„Das Thema Energie ist für das Überleben unserer Gesellschaft von grundlegender Bedeutung“, schließt Casati. „Solarenergie ist verfügbar und die Technologie ist bereits vorhanden. Um die industrielle Einführung wirklich zu motivieren, müssen wir die Wirtschaftlichkeit und Vorteile dieser Technologie im großen Maßstab demonstrieren“, betonte er.

Die Forschung von Casati und seinem Team eröffnet einen neuen Weg zur Dekarbonisierung wichtiger Industriesektoren und gibt Hoffnung auf eine sauberere, nachhaltigere Zukunft.

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