ذوب فولاد بدون سوخت‌های فسیلی

پژوهشگران سوئیسی روشی وابسته به انرژی خورشیدی را توسعه داده‌اند، که می‌تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی در تولید موادی مانند فولاد و سیمان ‌باشد.

به گزارش تکناک، در این روش انرژی خورشیدی سد 1000 درجه سانتی‌گراد را برای گرمایش صنعتی درهم می‌شکند و راهکاری برای ذوب فولاد و موادی همانند آن بدون استفاده از سوخت فسیلی است.

دانشمندان در سوئیس می‌خواهند استفاده از گرمای خورشید را جایگزین سوزاندن سوخت‌های فسیلی در راستای دست‌یابی به دمای مورد نیاز برای ذوب فولاد و پخت سیمان، کنند. این مطالعه از کوارتز مصنوعی برای به دام انداختن انرژی خورشیدی در دماهای بالاتر از 1000 درجۀ سانتی‌گراد (1832 درجۀ فارنهایت) استفاده می‌کند و نقش بالقوۀ این روش را در تأمین انرژی پاک برای صنایع پرمصرف کربن نشان می‌دهد. مقاله‌ای در مورد این تحقیق در 15 مه در مجلۀ Device منتشر شد.

نیاز به کربن‌زدایی

نویسندۀ ارشد، املیانو کازاتی از مؤسسۀ فدرال فناوری زوریخ سوئیس می‌گوید: برای مقابله با تغییرات اقلیمی، نیاز به کربن‌زدایی کلی انرژی داریم. مردم تمایل دارند فقط برق را به عنوان انرژی در نظر بگیرند، امّا در واقع حدود نیمی از انرژی به صورت گرما مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هستۀ اصلی تمدن مدرن، شامل: شیشه، فولاد، سیمان و سرامیک، است و برای ساختن همه چیز، از موتورِ ماشین تا آسمان‌خراش‌ها ضروری هستند. با وجود این برای تولید آنها نیازمند دمای بالای 1000 درجۀ سانتی‌گراد هستیم، که البته به شدت وابستۀ سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای گرما است. این صنایع حدود 25 درصد از مصرف انرژی جهانی را به خود اختصاص می‌دهند. محققان جایگزین انرژی پاک با استفاده از گیرنده‌های خورشیدی را بررسی کرده‌اند، که گرما را با هزاران آینه ردیاب خورشید متمرکز و ایجاد می‌کنند. امّا این فناوری در انتقال کارآمد انرژی خورشیدی بالاتر از 1000 درجۀ سانتی‌گراد با مشکلاتی روبه‌رو است.

گیرنده‌های خورشیدی نوآورانه

در راستای افزایش کارایی گیرنده‌های خورشیدی، کازاتی به مواد نیمه‌شفاف مثل کوارتز روی آورد، که می‌توانند با استفاده از پدیده‌ای به نام اثر تلۀ حرارتی، نور خورشید را به دام بیندازند. این تیم با اتصال یک میله کوارتز مصنوعی به یک دیسک سیلیکونی مات به عنوان جذب‌کنندۀ انرژی، یک دستگاه تلۀ حرارتی ساخت. هنگامی که آنها دستگاه را در مقابل شارژ انرژی معادل نور ناشی از 136 خورشید قرار دادند، صفحۀ جذب‌کننده به 1050درجۀ سانتی‌گراد (1922 درجل فارنهایت) رسید، در حالی که انتهای دیگر میله کوارتز در دمای 600 درجۀ سانتی‌گراد (1112 درجۀ فارنهایت) باقی ماند.

پیشگام در به دام انداختن حرارت خورشیدی

کازاتی در این باره می‌گوید: تحقیقات قبلی تنها توانسته‌اند اثر تلۀ حرارتی را تا 170 درجۀ سانتی‌گراد (338 درجۀ فارنهایت) نشان دهند، امّا تحقیقات ما نشان داد که تلۀ حرارتی خورشیدی نه تنها در دماهای پایین، بلکه در دمای بالای 1000 درجۀ سانتی‌گراد نیز کار می‌کند. این نتایج نشان‌دهندۀ این هستند که حرارت خورشیدی برای کاربردهای صنعتی واقعی بسیار مهم است.

همچنین این تیم با استفاده از یک مدل انتقال حرارت، کارایی تلۀ حرارتی کوارتز را در شرایط مختلف شبیه‌سازی کردند. این مدل نشان داد که تلۀ حرارتی به دمای هدف در غلظت‌های پایین‌تر با همان عملکرد یا در راندمان حرارتی بالاتر، به غلظت برابر دست می‌یابد. به عنوان مثال: یک گیرندۀ پیشرفته (بدون محافظ) در دمای 1200 درجۀ سانتی‌گراد با غلظت 500 خورشید، 40 درصد بازده دارد. گیرندۀ محافظت شده با 300 میلی‌متر کوارتز در همان دما و غلظت، به بازدهی 70 درصدی می‌رسد. همچنین گیرندۀ بدون محافظ برای عملکرد مشابه به حداقل 1000 خورشید غلظت نیاز دارد.

مسیرهای آینده و توجیه اقتصادی

کازاتی و همکارانش در حال بهینه‌سازی اثر تلۀ حرارتی و بررسی کاربردهای جدید برای این روش هستند. تاکنون، تحقیقات آنها امیدوارکننده بوده است و با بررسی مواد دیگر، مانند: سیالات و گازهای مختلف، توانستند به دماهای حتی بالاتر نیز دست یابند. همچنین این تیم اشاره کرده‌اند که توانایی جذب نور یا تشعشع این موادِ نیمه‌شفاف به نور خورشیدی محدود نمی‌شود.

کازاتی عنوان می‌کند: موضوع انرژی، سنگ بنای بقای جامعۀ ما می‌باشد. انرژی خورشیدی و فناوری آن به راحتی در دسترس است، به همین دلیل برای اینکه صنعت را به پذیرش این فناوری ترغیب کنیم، باید قابلیت اقتصادی و مزایای این فناوری را در مقیاس بزرگ نشان دهیم.

ترجمۀ1: تصویری از تلۀ حرارتی آزمایشگاهی. این تله از یک میله کوارتز (داخلی) و یک جذب‌کنندۀ سرامیکی (خارجی) تشکیل شده است. تابش خورشیدی از روبه‌رو وارد می‌شود و گرما در ناحیۀ پشتی آن تولید می‌شود.