Využití sluneční energie k výrobě cementu, kovů a mnoha dalších produktů

V budoucnu by se sluneční energie mohla využívat k výrobě cementu nebo oceli namísto spalování uhlí nebo ropy. Vědci z ETH v Curychu vyvinuli tepelnou past, která absorbuje koncentrované sluneční světlo a dodává teplo o teplotě přes tisíc stupňů Celsia.

Výroba cementu, kovů a mnoha chemických produktů vyžaduje extrémně vysoké teploty přesahující tisíc stupňů Celsia. V současnosti se toto teplo obvykle získává spalováním fosilních paliv: uhlí nebo zemního plynu, které vypouštějí velké množství skleníkových plynů.

Vytápění elektřinou z obnovitelných zdrojů není alternativou, protože by bylo při těchto vysokých teplotách neefektivní. Přestože se velká část našeho hospodářství a společnosti bude muset v příštích desetiletích stát uhlíkově neutrální, tyto průmyslové procesy budou pravděpodobně v blízké budoucnosti i nadále poháněny fosilními palivy. Jejich dekarbonizace se považuje za obtížnou.

Výzkumníci z ETH v Curychu nyní v laboratoři předvedli způsob, jak tato odvětví učinit nezávislými na fosilních palivech. Pomocí slunečního záření zkonstruovali zařízení, které dokáže dodávat teplo při vysokých teplotách potřebných pro výrobní procesy.

Tým pod vedením Emiliana Casatiho, vědce ze skupiny Energy and Process Systems Engineering Group, a Alda Steinfelda, profesora nosičů obnovitelné energie, vyvinul tepelnou past. Skládá se z křemenné tyče spojené s keramickým absorbérem, který díky svým optickým vlastnostem dokáže účinně pohlcovat sluneční světlo a přeměňovat ho na teplo.

Při laboratorních pokusech tým použil křemennou tyčinku o průměru 7,5 cm a délce 30 cm. Vystavili ji umělému světlu o intenzitě odpovídající 135násobku slunečního světla a dosáhli teploty až 1050 stupňů Celsia. Předchozí studie jiných vědců dosáhly s takovými tepelnými pastmi maximálně 170 stupňů.

Velké solární koncentrační technologie jsou již zavedeny v průmyslovém měřítku pro výrobu solární energie, například ve Španělsku, USA a Číně. Tato zařízení obvykle pracují při teplotě až 600 stupňů.

Při vyšších teplotách se zvyšují tepelné ztráty sáláním a snižují účinnost elektráren. Hlavní výhodou tepelné pasti vyvinuté výzkumníky z ETH Curych je, že minimalizuje radiační tepelné ztráty.

Vysokoteplotní solární elektrárny

„Náš přístup výrazně zvyšuje účinnost absorpce slunečního záření,“ říká Casati. „Jsme proto přesvědčeni, že tato technologie podporuje nasazení vysokoteplotních solárních elektráren.“

Podrobné technické a ekonomické analýzy však podle něj teprve čekají. Taková analýza je nad rámec současné experimentální studie.

Casati pokračuje ve výzkumu s cílem optimalizovat tento proces. Tato technologie by jednoho dne mohla umožnit využití solární energie nejen k výrobě elektřiny, ale také k dekarbonizaci energeticky náročných průmyslových odvětví ve velkém měřítku.

„Abychom mohli bojovat proti změně klimatu, musíme dekarbonizovat energii obecně,“ říká Casati. „Lidé často uvažují o energii v souvislosti s elektřinou, ale ve skutečnosti spotřebováváme asi polovinu energie ve formě tepla.“

Zdroj: ETH Zurich, Science Daily, redakce