به گزارش ایراسین به نقل از سایتک دیلی، به جای سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای رسیدن به درجه حرارت‌های مورد نیاز و بالا برای ذوب کردن فولاد و پختن سیمان، دانشمندان در سوئیس می‌خواهند از گرمای خورشید استفاده کنند. در این تحقیقات امکان سنجی، از کوارتز مصنوعی برای به دام انداختن انرژی خورشیدی در دماهای بالای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس (۱۸۳۲ درجه فارنهایت) استفاده می‌شود که می‌توان از این طریق، پتانسیل نقش این متد را تولید انرژی پاک برای صنایعی که تولید کربن بالایی دارند، نشان داد. نتایج این تحقیقات در تاریخ ۱۵ مه در نشریه دیوایس منتشر شد.

نیاز به کربن‌زدایی

به گفته امیلیانو کاساتی از دانشگاه صنعتی فدرال زوریخ «برای اینکه بتوانیم تغییرات آب و هوایی را کنترل کنیم، باید از انرژی کربن‌زدایی کنیم. مردم معمولاً گرایش به این دارند که فقط از الکتریسیته به عنوان انرژی یاد کنند، در حالی که در حقیقت، بیش از نیمی از انرژی در قالب گرما مصرف می‌شود.»

شیشه، فولاد، سیمان و سرامیک در بطن تمدن مدرن هستند و برای ساختن هر چیزی، از موتور خودرو گرفته تا آسمان خراش‌ها ضروری هستند. با این حال، تولید این مواد، نیازمند دماهای بالای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس است و بشدت متکی به مصرف سوخت فسیلی برای ایجاد این گرما است و این صنایع حدود یک چهارم از کل انرژی تولید شده در جهان را مصرف می‌کنند. البته محققان یک انرژی پاک آلترناتیو با استفاده از گیرنده‌های خورشیدی پیدا کرده اند که با استفاده از آیینه‌هایی که بصورت خودکار خورشید را دنبال می‌کنند، انرژی گرمایی را تولید و تجمیع می‌کند.

گیرنده‌های خورشیدی فناورانه

برای افزایش کارایی گیرنده‌های خورشیدی، کاساتی به مواد نیمه شفافی مانند کوارتز روی آورد که می‌توانند نور خورشید را گیر بیاندازند – پدیده‌ای که به «اثر تله حرارتی» معروف است. تیم وی با اتصال یک میله کوارتزی مصنوعی به یک صفحه مات سیلیکونی به عنوان جذاب انرژی، یک دستگاه تله حرارتی ساختند و وقتی که آن دستگاه را در برابر شارش انرژی که معادل ۱۳۶ برابر نوری است که خورشید می‌دهد، قرار دادند، صفحه جذاب به دمای ۱۰۵۰ درجه سلسیوس (۱۹۲۲ درجه فارنهایت) رسید در حالی که طرف دیگر میله کوارتزی، در دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس (۱۱۱۲ درجه فارنهایت) باقی ماند.

دستاوردی جدید برای تله حرارتی خورشیدی

به گفته کاساتی «تحقیق قبلی فقط توانسته بود اثر تله حرارتی را تا ۱۷۰ درجه سلسیوس (۳۳۸ درجه فارنهایت) نشان دهد در حالی که تحقیق ما نشان داد که اثر نه تنها در دماهای پایین که در دماهای بالای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس نیز کار می‌کند و این مهم، برای نمایش پتانسیل توانایی این اثر در کاربردهای صنعتی واقعی نیز اهمیت زیادی دارد.»

با استفاده از یک مدل انتقال انرژی گرمایی، تیم کاساتی توانست کارامدی تله حرارتی کوارتزی را در شرایط مختلف، شبیه سازی کند. این مدل نشان داد که تله حرارتی با تجمیع انرژی پایین‌تر، درجه حرارت مطلوب را با همان عملکرد بدست می‌آورد و یا کارایی حرارتی بالاتری با همان میزان تجمیع انرژی دارد. بطور مثال، پیشرفته‌ترین گیرنده موجود که فاقد حفاظ است، تا ۴۰ درصد (معادل ۱۲۰۰ درجه سلسیوس) با تجمیع گرمایی معادل ۷۰۰ برابر خورشید، کارایی دارد. این گیرنده که مجهز به ۳۰۰ میلی متر حفاظ کوارتزی بود، توانست بازدهی ۷۰ درصدی را در همان میزان دما و تجمیع انرژی به دست آورد. گیرنده بدون حفاظ نیازمند حداقل هزار برابر نور خورشید در تجمیع انرژی است تا همان میزان عملکرد خروجی داشته باشد.

آینده دستگاه و اقتصادی بودن آن

کاساتی و همکاران آن در حال حاضر بر روی بهینه سازی اثر تله حرارتی کار می‌کنند و در جستجوی کاربری‌های جدیدی برای این متد هستند و تا کنون، تحقیقات آنها امیدوارکننده بوده است. با بهره گرفتن از دیگر مواد مانند اقسام سیالات و گازها، آنها توانستند که به دماهای بالاتری نیز برسند. همچنین، گروه آنها متوجه شد که توانایی این مواد نیمه شفاف، محدود به جذب نور یا اشعه خورشید نیست. به گفته کاساتی «بحث انرژی، اساس بقای جامعه ماست … انرژی خورشیدی به راحتی در دسترس است و فناوری نیز اینجاست. برای اینکه واقعاً بتوانیم شاهد استفاده آن در صنایع باشیم، باید نشان دهیم که این کار ارزش اقتصادی داشته و فواید این فناوری در برابر هزینه‌های آن، منطقی است.»