Il quarzo sintetico è in grado di intrappolare l’energia solare a temperature superiori a 1.000 gradi Celsius, dimostrando il potenziale ruolo di questo metodo nel fornire energia pulita alle industrie ad alta intensità di carbonio. Lo rivela uno studio condotto da ricercatori svizzeri, pubblicato il 15 maggio sulla rivista Device. Invece di bruciare combustibili fossili per fondere l’acciaio e cuocere il cemento, i ricercatori svizzeri vogliono, dunque, utilizzare il calore del sole. “Per affrontare il cambiamento climatico, dobbiamo decarbonizzare l’energia in generale”, ha detto Emiliano Casati, del Politecnico di Zurigo, Svizzera. “La gente tende a pensare solo all’elettricità come energia, ma in realta’ circa la metà dell’energia viene utilizzata sotto forma di calore”, ha continuato Casati, che è anche autore corrispondente dello studio. Il vetro, l’acciaio, il cemento e la ceramica sono il cuore della civiltà moderna, essenziali per costruire qualsiasi cosa, dai motori delle automobili ai grattacieli. Tuttavia, la produzione di questi materiali richiede temperature superiori a 1.000 C e si basa in larga misura sulla combustione di combustibili fossili per ottenere calore. Queste industrie sono responsabili di circa il 25% del consumo energetico globale. I ricercatori hanno esplorato un’alternativa di energia pulita utilizzando i ricevitori solari, che concentrano e accumulano calore grazie a migliaia di specchi che seguono il sole. Tuttavia, questa tecnologia ha difficoltà a trasferire in modo efficiente l’energia solare al di sopra dei 1.000 C. Per aumentare l’efficienza dei ricevitori solari, Casati si e’ rivolto a materiali semitrasparenti come il quarzo, che possono intrappolare la luce solare, un fenomeno chiamato effetto trappola termica.
La squadra di scienziati ha realizzato un dispositivo di intrappolamento termico collegando una barra di quarzo sintetico a un disco di silicio opaco, usato come assorbitore di energia. Quando hanno esposto il dispositivo a un flusso di energia equivalente alla luce proveniente da 136 soli, la piastra assorbente ha raggiunto i 1.050 C, mentre l’altra estremita’ della barra di quarzo e’ rimasta a 600 C. “Le ricerche precedenti sono riuscite a dimostrare l’effetto trappola termica solo fino a 170 C”, ha spiegato Casati. “La nostra ricerca ha dimostrato che l’intrappolamento termico solare non funziona solo a basse temperature, ma anche ben oltre i 1.000 C”, ha aggiunto Casati. “Questo e’ fondamentale per dimostrare il suo potenziale per le applicazioni industriali del mondo reale”, ha sottolineato Casati. Utilizzando un modello di trasferimento del calore, il gruppo di scienziati ha anche simulato l’efficienza di intrappolamento termico del quarzo in diverse condizioni. Il modello ha mostrato che l’intrappolamento termico raggiunge la temperatura target a concentrazioni inferiori con le stesse prestazioni, o con un’efficienza termica piu’ elevata a parita’ di concentrazione. Ad esempio, un ricevitore di ultima generazione, quindi non schermato, ha un’efficienza del 40% a 1.200 C, con una concentrazione di 500 soli. Il ricevitore schermato con 300 mm di quarzo raggiunge un’efficienza del 70% alla stessa temperatura e concentrazione. Il ricevitore non schermato richiede almeno 1.000 soli di concentrazione per ottenere prestazioni comparabili. Casati e i suoi colleghi stanno ora ottimizzando l’effetto di intrappolamento termico e studiando nuove applicazioni per la loro tecnica. Finora la loro ricerca e’ stata promettente. Esplorando altri materiali, come fluidi e gas diversi, sono riusciti a raggiungere temperature ancora più elevate. La squadra di ricercatori ha anche notato che la capacità di questi materiali semitrasparenti di assorbire la luce o le radiazioni non e’ limitata alla radiazione solare. “La questione energetica e’ una pietra miliare per la sopravvivenza della nostra societa’”, ha affermato Casati. “L’energia solare e’ facilmente disponibile e la tecnologia e’ gia’ disponibile”, ha evidenziato Casati. “Per motivare davvero l’adozione da parte dell’industria, dobbiamo dimostrare la fattibilità economica e i vantaggi di questa tecnologia su scala”, ha suggerito Casati.