Een apparaat dat zonne-energie opvangt met kwarts heeft in tests een temperatuur bereikt van 1050 graden Celsius. Hiermee zou je de productie van staal en cement CO2-vrij kunnen maken.
Ingenieurs hebben een apparaat ontwikkeld dat temperaturen van meer dan 1000 graden Celsius kan opwekken door efficiënt zonlicht op te vangen. Deze techniek zou in de toekomst kunnen dienen als een duurzaam alternatief voor het verbranden van fossiele brandstoffen bij de productie van materialen zoals staal, glas en cement.
Bij de productie van deze materialen moet je grondstoffen tot boven de 1000 graden verhitten. Dat gebeurt nu door fossiele brandstoffen te verbranden, wat extreem energie-intensief is. ‘Ongeveer de helft van de energie die we wereldwijd gebruiken, wordt niet omgezet in elektriciteit’, zegt Emiliano Casati van de ETH Zürich in Zwitserland, die met collega-onderzoekers over het apparaat publiceerde in het vakblad Device. ‘Het dient voor de productie van een groot deel van de materialen die we nodig hebben in ons dagelijks leven en industrie.’
Iedereen kan overweg met een 'derde duim'
Iedereen kan wennen aan een extra robotduim, van kinderen tot senioren. Dat stelden Britse onderzoekers vast bij een wetenschapsfestival.
Zonneovens
Zonneovens zouden een alternatief kunnen zijn voor de verbranding van fossiele brandstoffen. Deze installaties bestaan uit beweegbare spiegels die zonlicht richten op een ontvanger die hoge temperaturen bereikt. Maar op dit moment zijn zonneovens erg inefficiënt in het omzetten van zonne-energie naar temperaturen hoger dan 1000 graden, zegt Casati.
Om de efficiëntie van deze apparaten te verbeteren, hebben Casati en zijn collega’s een zonne-ontvanger ontworpen die de warmte vasthoudt. Daaromheen zit een laag kwarts van 300 millimeter.
Kwarts is een semi-transparant materiaal dat energie in de vorm van licht doorlaat, maar infrarood licht ofwel warmtestraling tegenhoudt. Dit betekent dat wanneer de silicium ontvanger opwarmt door het geconcentreerde zonlicht, het kwarts voorkomt dat er thermische energie naar buiten lekt. Daardoor houdt het systeem de warmte vast, en gaat er minder energie verloren.
Ruim duizend graden
Het team testte de aangepaste zonne-ontvanger in een opstelling die zonlicht simuleert met leds. Uit hun eerste experimenten bleek dat de silicium-ontvanger gemakkelijk 1050 graden Celsius bereikte.
Volgens theoretische modellen zou het kwartsschild de zonne-oven zelfs in staat moeten stellen om temperaturen tot 1200 graden te bereiken, terwijl 70 procent van de ingevangen energie in het systeem blijft. Zonder het kwartsschild daalt de energie-efficiëntie tot slechts 40 procent voor diezelfde temperatuur.
Hoewel dit slechts een proof-of-concept is, om aan te tonen dat de techniek werkt, hoopt Casati dat het in de toekomst op grote schaal gebruikt kan worden als een duurzame manier om de hoge temperaturen te produceren die nodig zijn voor de productie van materialen zoals staal, glas en cement. ‘We moeten echt de uitdaging aangaan om deze industrieën koolstofvrij te maken en dit zou een van de oplossingen kunnen zijn,’ zegt hij.
