Inginerii din Elveţia au reuşit să producă temperaturi de peste 1.000 grade Celsius doar cu ajutorul energiei solare, printr-o descoperire de semnificaţie majoră pentru industrie

Energia regenerabilă cunoaşte o etapă de dezvoltare nemaivăzută în ultimii ani, cu noi şi noi parcuri fotovoltaice şi eoliene, iar unele ţări investesc şi în hidrocentrale. Totuşi, adeseori când vorbim de energie regenerabilă, forma ei livrabilă e electricitatea, care ajunge în reţelele electrice ale ţărilor şi care înlocuieşte electricitatea produsă anterior din surse fosile. Însă consumul energiei are multe alte forme, şi înlocuirea lor e uneori mai anevoioasă, întrucât presupune schimbări mai mari. Aici ne referim, spre exemplu la pompele de căldură care înlocuiesc cazanele clasice de gaz, folosind electricitate multiplicată inteligent, sau la maşinile electrice care exclud necesitatea folosirii benzinei sau a altor produse petroliere. Aceste domenii au deja tehnologii care funcţionează foarte bine şi rămâne să aibă loc şi o adopţie pe larg şi o perfecţionare a tehnologiei şi infrastructurii. Însă există un domeniu important unde energia regenerabilă îşi face loc mult mai greu — cel al aplicaţiilor industriale care au nevoie de temperaturi mari. Ei bine, inginerii din Elveţia au anunţat o descoperire de o semnificaţie majoră, care promite să aducă o mare schimbare în acest domeniu.

Când vorbim de aplicaţii industriale care au nevoie de temperaturi mari, termenul poate părea oarecum abstract, dar asta se întâmplă pentru că furnalele industriale imense nu stau neapărat la vedere, deşi asigură fabricarea a o mulţime de produse absolut cruciale pentru civilizaţie. Oţelul şi tot ce e produs din el are nevoie de asemenea temperaturi uriaşe, iar asta înseamnă aproape tot, de la maşini până la structuri metalice în construcţii. Sticla de asemenea are nevoie de temperaturi similare, la fel ca şi cimentul, deci prin urmare şi betonul.

Şi civilizaţia pur şi simplu nu ar putea funcţiona fără oţel, sticlă şi ciment, iar întrucât aceste produse sunt atât de răspândite, stând la baza practic a tot ce ne înconjoară, emisiile CO2 generate de producţia acestora cuantifică 20% din emisiile globale anuale, iar consumul de energie în acest domeniu e de 25% din tot ce consumă umanitatea.

Problema e că toate aceste produse au nevoie de temperaturi 1.000 grade Celsius şi mai mult, care sunt mult mai dificil de atins cu electricitatea, decât cu combustia. Desigur, există cuptoare electrice, dar ca să asigure asemenea temperaturi, consumul de electricitate e foarte mare şi procesul devine mult mai scump decât arderea de hidrocarburi. O soluţie de alternativă e combustia de hidrogen, iar aici, dacă are loc la temperatura şi presiunea corectă, emisiile sunt inofensive, sub forma vaporilor de apă. Pentru a înlătura emisiile total, însă, e nevoie doar de hidrogen verde în asemenea procese, produs din electricitate din surse regenerabile. Iar acest hidrogen, pe lângă ineficienţa procesului de fabricare a lui, este şi mai scump, la cantităţile uriaşe necesare el devenind şi mai puţin rentabil decât electricitatea. Deci e clar, e nevoie de soluţie care să poată folosi energie regenerabilă în producţia de căldură de 1.000 grade Celsius, eventual ca formă primară de energie, pentru un randament cât mai bun. Exact asta spun inginerii de la universitatea ETH din Zurich, sub conducerea lui Emiliano Casati, că au descoperit acum.

Până acum, încercările de a găsi o soluţie s-au concentrat pe energia solară concentrată, ca la centralele solare cu turn central, unde oglinzile concave îşi focusează fasciculele reflectate spre un turn central, umplut de obicei cu sare topită. Acea sare e înfierbântată la sute de grade Celsius şi încălzeşte un circuit de apă, unde o transformă în abur, iar aburul împinge turbinele de producţie a electricităţii. Încercările anterioare foloseau energia solară concentrată şi încălzirea unui circuit unde această energie e concentrată. Temperaturi de sute de grade Celsius au putut fi atinse, însă 1.000 grade şi mai mult s-au dovedit dificil de atins la scară industrială.

Inginerii elveţieni au perfecţionat această idee, folosind recipiente centrale cu pereţi dubli din material semitransparent, precum cuarţul. Astfel, razele solare concentrate ajung spre un turn central şi se creează un efect adiţional de seră, iar datorită pereţilor dubli, se creează o capcană de retenţie a căldurii. În rezultat, căldura trimisă constant spre acel recipient se cumulează cu o parte din căldura generată de lumină prin efectul de seră. Acea lumină transformată în căldură nu e lăsată să iasă spre exterior, ci contribuie la încălzirea suplimentară a conţinutului interior, iar astfel în recipient se pot atinge temperaturi constante de 1.000 grade Celsius şi un pic mai mult.

Elveţienii spun că temperatura pe care au reuşit să o atingă constant şi consecvent în experimentele lor de până acum e de 1.050 grade Celsius, folosind 136 de oglinzi concave pentru a concentra energia solară.

Asta înseamnă deja o aplicabilitate largă în industriile de care am vorbit mai sus, dar elveţienii au descoperit că dacă măresc şi mai mult numărul de oglinzi şi temperaturi atinsă, efectul de seră se menţine şi la temperaturi mai mari. Cu 500 oglinzi a putut fi atinsă o temperatură constantă de 1.200 grade, iar randamentul de retenţie a căldurii de către elementul exterior de cuarţ era de 40%.

Aceştia au experimentat şi mai mult şi au îngroşat stratul exterior de cuarţ la 300 mm, ajungând la un randament de retenţie a căldurii generate prin transformarea luminii de 70%. Prin urmare, sunt posibile şi temperaturi mai mari, posibil chiar până la 1.500-1.800 grad Celsius, dacă se ajustează grosimea corectă a stratului exterior şi numărul potrivit de oglinzi.

Asta înseamnă că în doar câţiva ani am putea vedea primele furnale industriale mari care să funcţioneze pe acest principiu, amplasate în special în zone cu mult soare. Iar asemenea fabrici ar produce sticlă, oţel sau ciment folosind căldura concentrată a soarelui fără nevoie de prea multă electricitate, decât pentru mecanizarea unor procese. Partea cea mai mare a energiei, însă, ar veni de la lumina soarelui, direct, fără a o converti în electricitate, hidrogen şi apoi ardere sau din nou electricitate şi o rezistenţă electrică. Da, asta poate însemna că o asemenea fabrică va funcţiona un număr mai mic de ore pe zi, au că ar avea nevoie de stocare termică, dar beneficiul e uriaş în lipsa de emisii CO2 şi o energie primită efectiv gratuit după ce se face investiţia iniţială în această tehnologie.