Słońce uratuje klimat? Udało się osiągnąć temperaturę 1000 st. Celsjusza bez spalania kopalin
Naukowcy uzyskali temperaturę 1000 st. Celsjusza bez użycia ropy naftowej, gazu czy węgla. Prototypowe rozwiązanie wykorzystuje energię słoneczną. Jeśli technologia okaże się skalowalna, może w przyszłości pomóc zmniejszyć zapotrzebowanie na paliwa kopalne w przemyśle.
W tym artykule:
- Świat zbudowany na paliwach kopalnych?
- Paliwa kopalne w produkcji stali
- Jak wysoką temperaturę można uzyskać ze Słońca?
Jakie są rodzaje energii? W pierwszym odruchu to pojęcie kojarzy nam się z elektrycznością. Jednak prąd w gniazdku, czyli energia elektryczna, to tylko jedna z jej form. Inne to energia chemiczna, cieplna czy mechaniczna – i wszystkie one są dla nas równie ważne, co elektryczność.
Dlaczego? Dokładną odpowiedź na to pytanie podaje Vaclav Smil, kanadyjski naukowiec, w niedawno wydanej w Polsce książce „Jak naprawdę działa świat”. Smil przypomina w niej, że elektryczność zaspokaja tylko 18 proc. światowego zapotrzebowania na energię. Cała reszta – czyli ponad 80 proc. – to różne rodzaje energii wykorzystywane w przemyśle, wytwarzaniu żywności i transporcie.
Fakt ten ma fundamentalne znaczenie, jeśli chcemy racjonalnie podejść do zmniejszenia naszego uzależnienia od paliw kopalnych (a tym samym obniżyć emisje gazów cieplarnianych). By to zrobić, nie wystarczy wyłącznie rozbudowywać odnawialne źródła energii elektrycznej. Konieczne jest również wymyślenie, czym i jak zastąpić kopaliny wszędzie tam, gdzie pojawiają się w produkcji przemysłowej.
Świat zbudowany na paliwach kopalnych?
Jest to zadanie o gigantycznej skali. Smil wyróżnia cztery podstawowe materiały, bez których nasza cywilizacja nie może się obejść. Są to cement, stal, tworzywa sztuczne i amoniak, podstawa nawozów sztucznych. Bez nich nie będzie silników samochodowych, drapaczy chmur czy pomidorów.
„Masowe wytwarzanie ich wszystkich jest silnie zależne od spalania paliw kopalnych. A część z tych paliw stanowi również materiał wsadowy do syntezy amoniaku oraz produkcji tworzyw sztucznych”– pisze Smil (tłum. Dariusz Rossowski). Innymi słowy, nie ma możliwości wytwarzania stali bez węgla, nawozów sztucznych bez gazu ziemnego ani plastiku bez ropy.
Efekt? „Globalna produkcja tych czerech niezbędnych materiałów (…) odpowiada za 25 proc. łącznej emisji CO2 ze spalania paliw kopalnych” – czytamy w „Jak naprawdę działa świat”. Co oznacza, że walka z globalnym ociepleniem obejmuje również opracowanie sposobów zastąpienia kopalin używanych w przemyśle. Jak to zrobić?
Paliwa kopalne w produkcji stali
Jedno z rozwiązań właśnie się przybliżyło. Naukowcy z Politechniki w Zurychu donoszą dzisiaj w czasopiśmie „Device” o opracowaniu metody pozwalającej osiągnąć temperaturę 1000 st. Celsjusza bez użycia kopalin.
Tego typu gorąco jest niezbędne, by wytapiać stal, szkło, produkować cement czy ceramikę. Jednak na razie jedynym sposobem na uzyskanie tysiąca stopni w różnego rodzaju fabrykach było spalanie paliw kopalnych. Alternatywą byłoby usprawnienie odbiorników słonecznych (ang. solar receivers) – urządzeń zbierających energię słoneczną i przekształcających ją w ciepło.
Dotychczas tego rodzaju technologia nie pozwalała przekroczyć magicznej granicy tysiąca stopni Celsjusza. Dr Emiliano Casati wraz z zespołem znalazł jednak sposób na poprawienie jej skuteczności. Okazał się nim syntetyczny kwarc, dobrze magazynujący energię słoneczną. Naukowcy zbudowali odbiornik słoneczny składający się z półprzezroczystego pręta z kwarcu przymocowanego do krzemowego dysku. Ten drugi miał za zadanie absorbować energię.
Naukowcy opracowali ultracienkie ogniwa słoneczne. Mogą zmienić każdą powierzchnię w źródło energii
Inżynierowie z MIT opracowali cienkie jak papier ogniwa słoneczne, które można przymocować praktycznie do każdej stałej powierzchni. Generują aż 18 razy więcej energii na kilogram niż ko...
Jak wysoką temperaturę można uzyskać ze Słońca?
Prototyp okazał się skuteczny. Po wystawieniu go na strumień energii odpowiadający światłu 136 Słońc kwarcowy dysk rozgrzał się do 1050 st. C. Przeciwległe końce kwarcowych prętów miały 600 st. C. Wcześniej urządzenia wykorzystujące podobny efekt pułapki cieplnej nagrzewały się jedynie do ok. 170 st. C. Skok jest więc bardzo duży.
Naukowcy próbują teraz optymalizować proces, a także eksperymentują z innymi materiałami. Celem jest uzyskanie jak najwyższej temperatury przy jak najniższym wkładzie energii.
– Problem energii to kamień węgielny przetrwania naszej cywilizacji – mówi Casati. – Energia słoneczna jest łatwo dostępna, mamy również odpowiednie technologie. Jednak żeby wprowadzono je w przemyśle, musimy wykazać, że są opłacalne ekonomicznie i zachowują swoje zalety przy zastosowaniu na dużą skalę – dodaje inżynier.
Źródła: EurekAlert, Device.
Nasz ekspert
Magdalena Salik
Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com