Los científicos generan calor de más de 1.000 grados centígrados con energía solar en lugar de combustibles fósiles

El vidrio, el acero, el cemento y la cerámica están en el corazón de la civilización moderna y son esenciales para construir de todo, desde motores de automóviles hasta rascacielos. Sin embargo, la fabricación de estos materiales requiere temperaturas superiores a los 1.000 °C y depende en gran medida de la quema de combustibles fósiles para obtener calor. Estas industrias representan aproximadamente el 25% del consumo mundial de energía. Los investigadores han explorado una alternativa de energía limpia utilizando receptores solares, que concentran y generan calor con miles de espejos que siguen al sol. Sin embargo, esta tecnología tiene dificultades para transferir eficientemente la energía solar por encima de los 1.000°C.

Para aumentar la eficiencia de los receptores solares, Casati recurrió a materiales semitransparentes como el cuarzo, que pueden capturar la luz solar, un fenómeno llamado efecto trampa térmica. El equipo creó un dispositivo de captura térmica uniendo una varilla de cuarzo sintético a un disco de silicio opaco como absorbente de energía. Cuando expusieron el dispositivo a un flujo de energía equivalente a la luz proveniente de 136 soles, la placa absorbente alcanzó los 1.050 °C, mientras que el otro extremo de la varilla de cuarzo permaneció a 600 °C. .

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«Investigaciones anteriores sólo habían logrado demostrar el efecto de trampa térmica hasta los 170°C (338°F)», dice Casati. “Nuestra investigación ha demostrado que la captura solar térmica funciona no sólo a bajas temperaturas, sino también muy por encima de los 1.000°C. Esto es crucial para demostrar su potencial para aplicaciones industriales del mundo real”.

Utilizando un modelo de transferencia de calor, el equipo también simuló la eficiencia de captura térmica del cuarzo en diferentes condiciones. El modelo demostró que la captura térmica alcanza la temperatura objetivo en concentraciones más bajas con el mismo rendimiento, o con mayor eficiencia térmica para una concentración igual. Por ejemplo, un receptor extremo (no protegido) tiene una eficiencia del 40% a 1.200°C, con una concentración de 500 soles. El receptor protegido por 300 mm de cuarzo consigue una eficiencia del 70% a misma temperatura y concentración. El receptor desprotegido necesita al menos 1.000 soles de concentración para un rendimiento comparable.

Casati y sus colegas ahora están optimizando el efecto de captura térmica e investigando nuevas aplicaciones para el método. Hasta ahora, su investigación ha sido prometedora. Al explorar otros materiales, como diferentes fluidos y gases, pudieron alcanzar temperaturas aún más altas. El equipo también observó que la capacidad de estos materiales semitransparentes para absorber luz o radiación no se limita a la radiación solar.

«La cuestión energética es fundamental para la supervivencia de nuestra sociedad», afirma Casati. “La energía solar está fácilmente disponible y la tecnología ya está aquí. Para impulsar realmente la adopción de la industria, necesitamos demostrar la viabilidad económica y las ventajas de esta tecnología a escala”.

CRÉDITO DE LA IMAGEN: Dispositivo/Casati et al.

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