عالم يحبس ضوء الشمس للوصول إلى درجة حرارة تقارب 2000 درجة فهرنهايت

يعمل المهندسون على ابتكار حل جديد للطاقة النظيفة: شحن البلورات بالطاقة الشمسية إلى درجات حرارة تصل إلى 1832 درجة فهرنهايت (1000 درجة مئوية)، مما قد يجعلها بديلاً أكثر مراعاة للبيئة للعمليات كثيفة الكربون التي تعمل على صهر الفولاذ وطهي الأسمنت.

التكنولوجيا الجديدة – موصوفة في دراسة إثبات المفهوم نشرت اليوم في الجهاز – يستفيد من خاصية الكوارتز التي تسمح له بحبس ضوء الشمس. وبربط قضيب من الكوارتز الاصطناعي بقرص من السيليكون يستخدم لامتصاص الطاقة، اختبر الفريق ما إذا كان الجهاز يمكنه الاحتفاظ بالحرارة. لقد فجروها بطاقة تعادل ضوء الشمس المنبعث من 136 شمسًا؛ ارتفعت درجة حرارة القضيب إلى حوالي 1112 درجة فهرنهايت (600 درجة مئوية) لكن لوحة الامتصاص وصلت إلى درجة حرارة 1922 درجة فهرنهايت (1050 درجة مئوية).

قال إميليانو كاساتي، المهندس في ETH زيورخ والمؤلف المقابل للدراسة، في مجلة Cell: “يميل الناس إلى التفكير في الكهرباء كطاقة فقط، ولكن في الواقع، يتم استخدام حوالي نصف الطاقة في شكل حرارة”. يطلق. “ولمعالجة تغير المناخ، نحتاج إلى إزالة الكربون من الطاقة بشكل عام.”

حتى الآن، لم تتمكن أجهزة استقبال الطاقة الشمسية – وهي الأجهزة التي تركز الحرارة من المرايا التي تعكس ضوء الشمس – من التعامل بكفاءة مع الطاقة الشمسية عند درجات حرارة أعلى من 1832 درجة فهرنهايت (1000 درجة مئوية). وتتطلب بعض العمليات كثيفة الكربون الأكثر انتشارا، مثل تصنيع الزجاج والصلب والأسمنت، درجات حرارة تتجاوز هذا الحد، وهو ما تحققه الشركات من خلال حرق الوقود الأحفوري. وكان تصنيع الأسمنت وحده مسؤولاً عن حوالي 8 بالمائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في عام 2023، وفقا لشبكة سي بي اس نيوزوذوبان الزجاج مسؤول عن حوالي 95 مليون طن من الكربون الناتج عن النشاط البشري، وفقًا للبحث نشرت في وقت سابق من هذا العام في مجلة جمعية السيراميك الأمريكية.

إن إضافة الكوارتز إلى مزيج التصنيع يمكن أن يتيح للمصنعين تحقيق درجات الحرارة اللازمة للعمل مع الفولاذ والزجاج والأسمنت باستخدام ضوء الشمس، بدلاً من الاعتماد فقط على العمليات التي تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة كوكبنا.

وقال كاساتي: “إن قضية الطاقة هي حجر الزاوية لبقاء مجتمعنا”. “الطاقة الشمسية متاحة بسهولة، والتكنولوجيا موجودة بالفعل. ولتحفيز اعتماد الصناعة بشكل حقيقي، نحتاج إلى إظهار الجدوى الاقتصادية ومزايا هذه التكنولوجيا على نطاق واسع.

إلى جانب اختباراتهم التجريبية، قام الباحثون بنمذجة فعالية الإعداد ووجدوا أن الكوارتز يعزز كفاءة جهاز الاستقبال. في نموذجهم، كان جهاز الاستقبال غير المحمي فعالاً بنسبة 40% عند درجة حرارة 2192 درجة فهرنهايت (1200 درجة مئوية) ولكنه كان فعالاً بنسبة 70% عند نفس درجة الحرارة عندما كان جهاز الاستقبال محميًا بـ 11.8 بوصة (300 ملم) من الكوارتز.

ويقوم الفريق الآن باختبار مواد أخرى، بما في ذلك السوائل والغازات، التي يمكن أن تكون بمثابة مصائد حرارية. ومن خلال قدراتها على الاحتفاظ بالحرارة، يمكن لهذه المواد أن تعزز فعالية حلول الطاقة المتجددة التي لا يزال أمامها طريق طويل لتقطعه إذا كانت ستحل محل الأولوية الطويلة الأمد للوقود الأحفوري.

أكثر: سكان تكساس يصوتون لصالح مليارات الدولارات للوقود الأحفوري، مع استبعاد مصادر الطاقة المتجددة كخيار