Wissenschaftler stellen eine 1.000-Grad-Solarthermiefalle für fossile Brennstoffe auf

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Noch vor wenigen Jahren schien die fossile Energie die Zement-, Stahl- und andere Industriezweige im eisernen Griff zu haben. Nun, das war damals. Es entstehen neue Systeme zur Gewinnung und Übertragung von Solarenergie mit dem Ziel, die für industrielle Prozesse benötigte hohe Wärmemenge zu erzeugen. In der neuesten Entwicklung optimiert ein Schweizer Forscherteam eine solarthermische „Falle“, um Temperaturen von 1.000 °C zu erreichen°C und mehr. Das sollte hoch genug sein, um den Zweck zu erfüllen.

Errichtung einer solarthermischen Falle für fossile Brennstoffe

Die neue solarthermische Forschung kommt von der ETH Zürich, kurz für Bekanntes Eidgenössische Technische Hochschule, wo Forscher Möglichkeiten zur Verbesserung konzentrierender Solarenergiesysteme erforscht haben.

Im Gegensatz zu Solarzellen, die Strom direkt erzeugen, wandeln konzentrierende Solarsysteme Sonnenlicht in solarthermische Energie um. Das Wärmeübertragungsmedium – typischerweise geschmolzenes Salz – kann zur Bereitstellung von Wärmeenergie für industrielle Prozesse eingesetzt werden. Es kann auch Dampf zur Stromerzeugung in einem Kraftwerk bereitstellen.

Das ist soweit gut, aber die Herausforderung besteht darin, ein Konzentrationssystem zu entwickeln, das Wärme effizient in den höheren Bereich von 1.000 übertragen kann°C oder mehr, die für einige industrielle Prozesse erforderlich sind. Um diese Hürde zu überwinden, das ETH-Team beschlossen, den thermischen Falleneffekt genauer zu untersuchen, der die Fähigkeit von Quarz, Wasser und anderen halbtransparenten Substanzen beschreibt, Sonnenlicht einzufangen.

Es wurde angenommen, dass der thermische Falleneffekt nur bei niedrigeren Temperaturen funktioniert, was ihn für die Dekarbonisierung von Industrieprozessen mit hoher Hitze ungeeignet macht. Dennoch hat das ETH-Team einen Versuch gemacht.

„Bisherige Forschungen konnten den thermischen Falleneffekt nur bis zu 170 °C (338 °F) nachweisen“, erklärt der korrespondierende Autor des Forschungsteams, Emiliano Casati.

„Das Team stellte ein Wärmespeichergerät her, indem es einen synthetischen Quarzstab als Energieabsorber an einer undurchsichtigen Siliziumscheibe befestigte“, berichtete die ETH Zürich heute in einer Pressemitteilung. Wenn es dem Energiefluss entspricht, der 136 Sonnen entspricht, Die Absorberplatte erreichte 1.050°C. Das andere Ende des Quarzstabes blieb mit 600°C relativ kühl.

„Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die solarthermische Speicherung nicht nur bei niedrigen Temperaturen, sondern weit über 1.000 °C funktioniert. Dies ist entscheidend, um sein Potenzial für reale industrielle Anwendungen zu zeigen“, bemerkte Casati.

„Solare Prozesswärme bei über 1.000 °C kann wichtige industrielle Anwendungen wie die Zementherstellung und die metallurgische Gewinnung dekarbonisieren“, betonen die Forscher in ihrer Studie, die im Fachjournal verfügbar ist Gerät unter dem Titel, “Solarthermische Speicherung bei 1.000°C und mehr.”

Ein neues Leben für Solarthermie

Seien Sie noch nicht zu aufgeregt. Die solarthermische Anlage der ETH befindet sich noch in der Proof-of-Concept-Phase. Allerdings bedeutet es frischen Wind für die konzentrierende Solarindustrie. Das Team simulierte seine neue solarthermische Falle unter verschiedenen Bedingungen und berichtete über Ergebnisse, die zum Entwurf kompakterer, effizienter konzentrierender Solarsysteme führen könnten.

„Beispielsweise hat ein hochmoderner (ungeschirmter) Empfänger einen Wirkungsgrad von 40 % bei 1.200 °C und einer Konzentration von 500 Sonnen“, erklärt die ETH Zürich. „Der mit 300 mm Quarz abgeschirmte Empfänger erreicht bei gleicher Temperatur und Konzentration einen Wirkungsgrad von 70 %.“

„Der ungeschirmte Empfänger benötigt für eine vergleichbare Leistung mindestens 1.000 Sonnen Konzentration“, fügt die ETH Zürich hinzu.

Die Aussicht auf schlankere, effizientere konzentrierende Solarsysteme könnte dazu beitragen, die Branche hier in den USA anzukurbeln. Obwohl sich die Technologie auch in anderen Teilen der Welt durchgesetzt hat, hat sich in den USA das Solarthermie-Fieber nur langsam bemerkbar gemacht.

Es liegt nicht daran, dass man es nicht versucht hat. Das US-Energieministerium unternahm während der Obama-Regierung konzertierte Anstrengungen, um konzentrierende Solartechnologien der nächsten Generation zu unterstützen. Die konzentrierten Solarprogramme der Agentur hielten auch während der Trump-Administration Schritt, trotz der oft wiederholten Versprechen des ehemaligen Präsidenten, Kohlearbeitsplätze zu retten.

Die solarthermischen Hühner kommen zum Schlafen nach Hause

Nachdem ein Großteil der Grundlagen gelegt ist, bereitet sich das Energieministerium auf einen weiteren Vorstoß zur Konzentration der Solarenergie vor. Im April ist die Agentur Büro für Solarenergietechnologien kündigte eine neue Finanzierungsrunde in Höhe von 30 Millionen US-Dollar unter dem Thema „Konzentrierung des Solarflusses auf Wärme und Strom“ an, die darauf abzielt, den Zeitplan für den kommerziellen Einsatz in großem Maßstab zu beschleunigen.

„CSP-Technologien bieten einen einzigartigen Wert als erneuerbare Energiequelle, die problemlos Hochtemperaturwärme für den Einsatz im Industriesektor liefern und Energiespeicher für bedarfsgesteuerte Solarenergie integrieren kann“, erklärte SETO.

Die dreiteilige Finanzierungsrunde umfasst eine Förderung für neue Solarkollektoren, die dazu beitragen, Kosten zu senken und gleichzeitig die Zuverlässigkeit zu verbessern.

Ein weiterer Teil der Fördermittel fließt in eines unserer neuen Lieblingsthemen: überkritisches Kohlendioxid. Der Einsatz von sCO2 als Arbeitsmedium in Solarthermieanlagen hat sich durchgesetzt CleanTechnica Radar bereits im Jahr 2020, als es sich als kompakter, kostengünstiger und energieeffizienter Ersatz für herkömmliche Dampfturbinen herausstellte. Letzten Herbst haben wir auch die sCO2-Demonstrationsschau des Energieministeriums in Texas zur Kenntnis genommen.

Der dritte Teil bezieht sich auf die Arbeit des ETH-Teams. Mit der Förderung sollen „Vorschläge für neuartige Solarreceiver und Solarreaktoren unterstützt werden, die konzentriertes Sonnenlicht bei hohen Temperaturen in nutzbare Wärmeenergie umwandeln“, erklärt SETO.

Partikelempfänger kommen in Betracht, teilweise aufgrund ihres Potenzials, die 90-Prozent-Effizienzmarke zu erreichen.

Natürlich grüner Wasserstoff

Natürlich wäre die Erwähnung der neuen Solarthermie-Technologie ohne die Erwähnung von grünem Wasserstoff nicht vollständig. Das Energieministerium gehört zu den vielen Förderorganisationen, die die Konzentration der Solartechnologie als Mittel zur Senkung der Kosten für grünen Wasserstoff ins Auge fassen.

SETO stellt fest, dass seine neue Finanzierungsrunde die Ziele des Hydrogen Shot-Programms des Energieministeriums unterstützt, das darauf abzielt, voranzutreiben die Kosten für „sauberen“ Wasserstoff auf ein konkurrenzfähiges Niveau mit herkömmlichem Wasserstoff aus Erdgas oder Kohle bringen. Das Ziel besteht darin, innerhalb von 10 Jahren das Niveau von 1,00 US-Dollar pro Kilogramm zu erreichen, was angesichts der Tatsache, dass der Richtwert für grünen Wasserstoff bei etwa 5,00 US-Dollar pro Kilogramm liegt, recht ehrgeizig ist.