太阳能热捕获如何为可持续金属冶炼开辟道路

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  • 工业过程的碳排放强度可能非常高。

  • 科学家开发出一种新方法,利用太阳能热捕获达到足以冶炼金属的高温。

  • 该方法利用聚集的阳光,有望减少各行业的排放。

  • 该装置尚未准备好大规模应用,但研究人员仍在继续开展工作。

冶炼金属或生产水泥等工业过程的碳排放强度可能很高,因为它们通常依赖化石燃料来产生足够的能量以获得高温。但研究人员已找到一种方法,利用太阳能热捕获代替化石燃料,以减少某些工业过程的排放。

“要应对气候变化,我们总体上需要实现能源脱碳,”瑞士苏黎世联邦理工学院的通讯作者埃米利亚诺·卡萨蒂(Emiliano Casati)表示,据《科学日报》(Science Daily)报道。“人们往往只把电力视为能源,但事实上,大约一半的能源是以热能的形式被使用的。”

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科学家利用包括合成石英在内的半透明材料,借助热捕获效应捕获阳光。研究团队将一根部分镀有铂的合成石英棒与一块可吸收阳光的不透明碳化硅圆盘相连,并将石英棒的一端暴露于聚集的太阳辐射之下。

将石英棒的一端暴露于聚集的太阳辐射后,碳化硅圆盘达到1,050摄氏度(1,922华氏度),足以用于冶炼金属或烧制水泥等工业过程。在该端温度超过1,000摄氏度的同时,石英棒的另一端保持在600摄氏度(1,112华氏度)。研究人员已将其研究成果发表在期刊《Device》上发表于期刊《Device》。

热捕获并非新概念,但通常被认为仅适用于较低温度,据《Clean Technica》报道。这项新研究的结果表明,太阳能捕获装置有可能产生足够的热量,为一些碳排放强度最高的工业过程提供动力。

“此前的研究仅能证明热捕获效应可达170°C(338°F),”卡萨蒂在一份声明中表示。“我们的研究表明,太阳能热捕获不仅在低温下有效,在1,000°C以上同样有效。这对于证明其在现实工业应用中的潜力至关重要。”

研究报告指出,热能产生约占最终能源消费的一半,其中25%的总能源消费用于工业过程。工业过程的能源消费大部分依赖化石燃料发电。若改用太阳能热捕获来产生高温,各行业便可减少排放。

“能源问题是我们社会生存的基石,”卡萨蒂表示。“太阳能资源随处可得,相关技术也已经成熟。要真正推动行业采用,我们需要在规模化应用中证明该技术的经济可行性和优势。”

该太阳能捕获装置目前仅是概念验证,尚未准备好规模化应用。研究团队将继续开展研究,以提高装置的效率和效果,包括测试能够吸收太阳辐射并产生更高温度的不同材料。他们还指出,需要进一步测试不同涂层或表面图案,以减少反射。

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