Zurigo: scienziati svizzeri raggiungono i 1000 gradi con l’energia solare

In uno studio di prova, i ricercatori del Politecnico di Zurigo, in Svizzera, hanno dimostrato con successo l’uso dell’energia solare per raggiungere temperature di 1000 gradi Celsius, 1812 F, un’impresa solitamente ottenuta utilizzando combustibili fossili.

Questo risultato eccezionale è stato ottenuto utilizzando una nuova tecnologia di cattura dell’energia solare che sfrutta le qualità del quarzo per intrappolare l’energia solare ed evirare che venga riflessa esternamente.

L’approccio apre la strada all’utilizzo dell’energia solare per applicazioni industriali che di solito sono ad alta intensità di carbonio.

Il mondo moderno utilizza molti materiali prodotti dall’uomo, come l’acciaio, il vetro e il cemento, in quantità eccessive. Ognuno di questi componenti necessita di temperature superiori a 1000 C  nel processo di produzione.

Insieme alla ceramica, queste industrie rappresentano un quarto di tutto il consumo energetico umano. Tuttavia, questa energia viene estratta esclusivamente da combustibili fossili, il che comporta grandi emissioni di carbonio. Questo esperimento potrebbe aprire una nuova strada anche per queste industrie energivore.

Schema grafico di come ha funzionato il sistema di intrappolamento del calore messo in atto dal team di Casati

Migliorare l’efficienza dell’intrappolamento solare

I precedenti tentativi di utilizzare l’energia solare per applicazioni di riscaldamento consistevano nel concentrare la luce solare utilizzando ricevitori solari. In questa configurazione, vengono utilizzati migliaia di specchi ad inseguimento solare per concentrare la luce solare. Tuttavia, le temperature superiori ai 1000 gradi Celsius sono state difficili da raggiungere a livello industriale. Ci si fermava a temperature molto più basse, dell’ordine di 170 C.

Casati e il suo team stavano cercando di migliorare l’efficienza del ricevitore. I materiali semitrasparenti come il quarzo sono più trasparenti alla luce solare che alla radiazione infrarossa e causano un effetto trappola termica che non lascia sfuggire il calore intrappolato internamente

“La luce solare attraversa uno strato aggiuntivo di tale materiale, che viene utilizzato per schermare il ricevitore”, ha spiegato Casati in un’e-mail a Interesting Engineering.

“La luce raggiunge l’assorbitore solare, che la converte in calore e le cui temperature aumentano, ma la radiazione infrarossa riemessa viene parzialmente riassorbita dallo strato aggiuntivo, riducendo così le perdite nell’ambiente e aumentando l’efficienza del dispositivo”, ha aggiunto.

I ricercatori hanno creato un dispositivo di intrappolamento termico attaccando un’asta di quarzo sintetico a un disco di silicio opaco. Nei loro esperimenti, quando i ricercatori hanno simulato la luce proveniente da 136 soli, la piastra assorbente ha raggiunto temperature di 1.922 gradi Fahrenheit (1.050 gradi Celsius), anche se l’asta di quarzo è rimasta a 1.112 gradi Fahrenheit (600 gradi Celsius).

Esplorare le applicazioni del mondo reale

“La nostra ricerca ha dimostrato che l’intrappolamento termico solare funziona non solo a basse temperature, ma anche ben oltre i 1.000 gradi Celsius. Questo è fondamentale per dimostrare il suo potenziale per le applicazioni industriali del mondo reale”, ha aggiunto Casati in un comunicato stampa.

Il team ha poi utilizzato un modello di trasferimento di calore per esplorare l’efficienza di intrappolamento termico del quarzo in diverse condizioni. Hanno scoperto che il ricevitore non schermato aveva un’efficienza del 40 percento 1200 gradi Celsius e una concentrazione di 500 soli. Nelle stesse condizioni, l’efficienza del ricevitore è migliorata al 70 percento quando è stato schermato con un quarzo da 300 mm.

I ricercatori stanno ora esplorando materiali come altri fluidi e gas che possono raggiungere temperature ancora più elevate. Hanno anche notato che la capacità di assorbire la luce o le radiazioni non è limitata alla sola energia solare.

Alla domanda su quanto presto la tecnologia potrebbe essere applicata nell’industria, Casati ha detto a IE: “Come sempre, è soprattutto una questione di costi. È tecnicamente pronto, ma è necessaria un’analisi tecno-economica (al di là dell’ambito del lavoro attuale) per capire meglio come implementarlo”.