科学家利用太阳能而不是化石燃料产生超过1000摄氏度的热量

瑞士的研究人员想要利用太阳能的热量来代替燃烧化石燃料来冶炼钢铁和制作水泥。他们在5月15日发表在《Device》杂志上的概念验证研究中使用了合成石英来捕获太阳能，实现了超过1000摄氏度（1832华氏度）的温度，展示了这种方法在为碳密集型工业提供清洁能源方面的潜力。

这项研究的对应作者Emiliano Casati表示：“为了应对气候变化，我们需要从根本上减少能源的碳排放。人们往往只考虑电能作为能源，但实际上有一半左右的能源是以热的形式使用的。”

玻璃、钢铁、水泥和陶瓷是现代文明的核心，对于建造从车引擎到摩天大楼的一切都至关重要。然而，制造这些材料需要超过1000摄氏度的温度，并且严重依赖燃烧化石燃料来提供热量。这些行业占全球能源消耗的约25%。研究人员已经尝试使用太阳能接收器作为清洁能源的替代方案，这些接收器通过数千个太阳能跟踪镜头来集中和产生热量。然而，这项技术在高于1000摄氏度的温度下难以有效地转换太阳能。

为了提高太阳能接收器的效率，Casati转向了半透明材料，如石英，它可以捕获太阳光 -- 这一现象被称为热陷阱效应。该团队通过将合成石英棒连接到不透明硅盘作为能量吸收体，制作了一个热捕获装置。当他们将该装置暴露在相当于来自136个太阳的光线的能量通量下时，能量吸收板达到了1050摄氏度（1922华氏度），而石英棒的另一端保持在600摄氏度（1112华氏度）。

他们还模拟了石英在不同条件下的热陷阱效率。模型显示，热陷阱能够在较低的集中度下实现目标温度，并具有相同性能或者在相同集中度下具有更高的热效率。例如，一个最先进的（无屏蔽）接收器在1200摄氏度时的效率为40%，集中度为500个太阳。而采用300毫米厚的石英进行屏蔽的接收器在相同温度和集中度下的效率为70%。而无屏蔽的接收器则需要至少1000个太阳的集中度才能获得可比的性能。

Casati和他的同事现在正在优化热陷阱效应，并研究这种方法的新应用。到目前为止，他们的研究成果令人鼓舞。通过探索其他材料，如不同的液体和气体，他们能够达到更高的温度。团队还注意到这些半透明材料吸收光或辐射的能力并不仅限于太阳辐射。

Casati指出：”能源问题是我们社会生存的基石。太阳能是readily available的，相关技术也已经成熟。为了真正推动行业的采用，我们需要证明这项技术在规模上的经济可行性和优势。“