Mai 30, 2024

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Ein Wissenschaftler, der Sonnenlicht einfängt, um eine Temperatur von fast 2.000 Grad Fahrenheit zu erreichen

Ein Wissenschaftler, der Sonnenlicht einfängt, um eine Temperatur von fast 2.000 Grad Fahrenheit zu erreichen

Ingenieure arbeiten an einer neuen Lösung für saubere Energie: Sie laden die Kristalle mit Sonnenenergie auf Temperaturen von bis zu 1.832 Grad Fahrenheit (1.000 Grad Celsius) auf, was sie zu einer umweltfreundlicheren Alternative zu den kohlenstoffintensiven Prozessen machen könnte, bei denen Stahl geschmolzen und Zement gekocht wird.

Neue Technologie – beschrieben in einer Proof-of-Concept-Studie veröffentlicht Heute nutzt das Gerät die Eigenschaft von Quarz, Sonnenlicht einzufangen. Indem das Team einen synthetischen Quarzstab an einer Siliziumscheibe befestigte, die zur Energieabsorption diente, testete das Team, ob das Gerät Wärme speichern kann. Sie bestrahlten es mit der Energie, die dem Sonnenlicht von 136 Sonnen entspricht; Die Temperatur des Stabes stieg auf etwa 1112 °F (600 °C), aber die Absorberplatte erreichte eine Temperatur von 1922 °F (1050 °C).

„Menschen neigen dazu, Strom nur als Energie zu betrachten, aber in Wirklichkeit wird etwa die Hälfte der Energie in Form von Wärme verbraucht“, sagte Emiliano Casati, Ingenieur an der ETH Zürich und korrespondierender Autor der Studie, in der Zeitschrift Cell. Start. „Um den Klimawandel zu bekämpfen, müssen wir die Energie insgesamt dekarbonisieren.“

Bisher waren Solarreceiver – Geräte, die die Wärme von Spiegeln bündeln, die das Sonnenlicht reflektieren – nicht in der Lage, Sonnenenergie bei Temperaturen über 1.832 Grad Fahrenheit (1.000 Grad Celsius) effizient zu verarbeiten. Einige der am weitesten verbreiteten kohlenstoffintensiven Prozesse, wie die Herstellung von Glas, Stahl und Zement, erfordern Temperaturen über diesem Grenzwert, den Unternehmen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erreichen. Allein die Zementherstellung war im Jahr 2023 für etwa 8 Prozent der Kohlendioxidemissionen verantwortlich. Laut CBS NewsDer Studie zufolge ist das Schmelzen von Glas für etwa 95 Millionen Tonnen Kohlenstoff verantwortlich, der durch menschliche Aktivitäten entsteht veröffentlicht Anfang dieses Jahres im Journal der American Ceramic Society.

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Zementfabriken am Jangtsekiang in China.

Zementfabriken am Jangtsekiang in China.
Bild: Tim Graham (Getty Images)

Die Zugabe von Quarz zum Herstellungsmix könnte es Herstellern ermöglichen, die für die Bearbeitung von Stahl, Glas und Zement erforderlichen Temperaturen mithilfe von Sonnenlicht zu erreichen, anstatt sich ausschließlich darauf zu verlassen Prozesse, die zu einem Temperaturanstieg auf unserem Planeten führen.

„Die Energiefrage ist der Grundstein für das Überleben unserer Gesellschaft“, sagte Casati. „Solarenergie ist leicht verfügbar und die Technologie existiert bereits, um die Akzeptanz in der Industrie wirklich zu fördern, müssen wir die wirtschaftliche Machbarkeit und die Vorteile dieser Technologie in großem Maßstab demonstrieren.“

Neben ihren experimentellen Tests modellierten die Forscher die Wirksamkeit des Aufbaus und stellten fest, dass Quarz die Effizienz des Empfängers steigert. In ihrem Modell hatte der ungeschützte Empfänger einen Wirkungsgrad von 40 % bei 2.192 °F (1.200 °C), aber einen Wirkungsgrad von 70 % bei der gleichen Temperatur, wenn der Empfänger mit 11,8 Zoll (300 mm) Quarz geschützt war.

Das Team testet derzeit andere Materialien, darunter Flüssigkeiten und Gase, die als Wärmefallen fungieren könnten. Durch ihre Fähigkeit zur Wärmespeicherung können diese Materialien die Wirksamkeit erneuerbarer Energielösungen steigern, die noch einen langen Weg vor sich haben, wenn sie die lange Priorität fossiler Brennstoffe ersetzen sollen.

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