يمكن لجهاز احتجاز ضوء الشمس أن يولد درجات حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية

طور المهندسون جهازًا يمكنه توليد درجات حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية (1832 درجة فهرنهايت) عن طريق التقاط الطاقة من الشمس بكفاءة. ويمكن استخدامه يومًا ما كبديل أخضر لحرق الوقود الأحفوري في إنتاج مواد مثل الفولاذ والزجاج والأسمنت.

يتضمن تصنيع هذه المواد تسخين المواد الخام إلى ما يزيد عن 1000 درجة مئوية عن طريق حرق الوقود الأحفوري، الذي يستهلك الكثير من الطاقة. يقول إميليانو كاساتي من ETH زيورخ في سويسرا: “حوالي نصف الطاقة التي نستخدمها لا يتم تحويلها فعليًا إلى كهرباء”. “يتم استخدامه لإنتاج العديد من المواد التي نحتاجها في حياتنا اليومية وصناعاتنا.”

ويمكن استخدام الأفران الشمسية، التي تستخدم مجموعة من المرايا المتحركة لتركيز ضوء الشمس على جهاز استقبال يصل إلى درجات حرارة عالية، في مواقع التصنيع كبديل لحرق الوقود الأحفوري. ومع ذلك، فهي حاليًا غير فعالة تمامًا في تحويل الطاقة الشمسية إلى درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية، كما يقول كاساتي.

ولتحسين كفاءة مثل هذه الأجهزة، صمم كاساتي وزملاؤه جهاز استقبال للطاقة الشمسية يحبس الحرارة مع طبقة من الكوارتز يبلغ سمكها 300 ملم حوله.

الكوارتز مادة شبه شفافة تسمح بمرور الطاقة الضوئية من خلالها ولكنها تحجب الطاقة الحرارية. وهذا يعني أنه عندما يسخن السيليكون من ضوء الشمس المركز، فإن الكوارتز يمنع تسرب الطاقة الحرارية مرة أخرى، مما يؤدي إلى حبس الحرارة وتقليل فقدان الطاقة في النظام.

اختبر الفريق جهاز الاستقبال الشمسي المعدل في منشأة تحاكي ضوء الشمس باستخدام مصابيح LED. وجدت تجاربهم الأولية أن درجة حرارة امتصاص السيليكون وصلت بسهولة إلى 1050 درجة مئوية.

ووفقا لنماذج نقل الحرارة، يمكن لدرع السيليكون أن يمكّن أجهزة الاستقبال من الوصول إلى درجات حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية مع الحفاظ على 70 في المائة من مدخلات الطاقة في النظام. وبدون درع السيليكون، تنخفض كفاءة الطاقة إلى 40% فقط عند نفس درجة الحرارة.

وفي حين أن هذا مجرد جهاز لإثبات المفهوم، يأمل كاساتي أن يتم استخدامه يومًا ما على نطاق واسع كوسيلة صديقة للبيئة لإنتاج درجات الحرارة العالية اللازمة في التصنيع. ويقول: “نحن بحاجة حقًا إلى مواجهة التحدي المتمثل في إزالة الكربون من هذه الصناعات، وقد يكون هذا أحد الحلول”.