Con l’energia solare a temperature molto elevate

- EN- DE- FR- IT
Il componente principale della trappola termica è un cilindro di quarzo. Negli e
Il componente principale della trappola termica è un cilindro di quarzo. Negli esperimenti ha raggiunto una temperatura di 1050 gradi Celsius e si è illuminato a questo calore. (Immagine: Politecnico di Zurigo / Emiliano Casati)

Invece di bruciare carbone o petrolio grezzo per produrre cemento o acciaio, in futuro l’energia solare potrebbe essere utilizzata a questo scopo. I ricercatori del Politecnico di Zurigo hanno sviluppato una trappola termica che assorbe la radiazione solare ed emette calore. Si riscalda fino a oltre mille gradi.

La produzione di cemento, metalli e molti prodotti chimici richiede temperature molto elevate, superiori ai mille gradi Celsius. Attualmente, per ottenere questo calore vengono solitamente bruciati combustibili fossili: carbone o gas naturale, rilasciando grandi quantità di gas serra. Il riscaldamento con energia elettrica rinnovabile non è un’alternativa, perché sarebbe inefficiente a queste temperature elevate. Sebbene gran parte della nostra economia e della nostra società sia destinata a diventare neutrale dal punto di vista climatico nei prossimi decenni, questi processi industriali continueranno probabilmente a essere alimentati da combustibili fossili nel prossimo futuro. Sono considerati difficili da decarbonizzare.

I ricercatori del Politecnico di Zurigo stanno ora mostrando un modo per rendere queste industrie indipendenti dai combustibili fossili: Il team guidato da Emiliano Casati, scienziato del gruppo di ingegneria dei sistemi energetici e di processo, e da Aldo Steinfeld, professore di fonti energetiche rinnovabili, ha sviluppato una cosiddetta trappola termica. Essa sfrutta la radiazione solare per generare le alte temperature necessarie per i processi di produzione ed emette anche questo calore. Il componente chiave è una barra di quarzo che, grazie alle sue proprietà ottiche, può assorbire efficacemente la luce solare e convertirla in calore.

Negli esperimenti di laboratorio, questa barra di quarzo aveva un diametro di 7,5 centimetri ed era lunga 30 centimetri. I ricercatori l’hanno illuminata con una luce artificiale di intensità pari a 135 volte la luce solare concentrata, raggiungendo temperature fino a 1050 gradi Celsius. Studi precedenti di altri ricercatori avevano raggiunto un massimo di 170 gradi con queste trappole termiche.

Esistono già tecnologie per la concentrazione dell’energia solare. In Spagna, negli Stati Uniti e in Cina, tra gli altri, esistono grandi impianti solari a concentrazione per la produzione di elettricità. Questi impianti funzionano generalmente a temperature fino a 600 gradi. A temperature più elevate, la perdita di calore per irraggiamento aumenta e riduce l’efficienza dei sistemi. Il vantaggio principale della trappola termica dei ricercatori è che cattura il calore e riduce al minimo le radiazioni.

Sistemi solari ad alta temperatura

"Il nostro approccio migliora significativamente l’efficienza di assorbimento della luce solare", afferma Casati. "Siamo quindi fiduciosi che questa tecnologia possa consentire lo sviluppo di sistemi solari ad alta temperatura". Tuttavia, non sono ancora state effettuate analisi tecniche ed economiche dettagliate. Esse sarebbero andate oltre lo scopo dell’attuale studio sperimentale, che i ricercatori hanno pubblicato sulla rivista specializzata Device.

Casati continua la sua ricerca al Politecnico di Zurigo per ottimizzare il metodo. Un giorno, la tecnologia potrebbe consentire di utilizzare l’energia solare non solo per la produzione di elettricità, ma anche per la decarbonizzazione delle industrie ad alta intensità energetica su larga scala. "Per combattere il cambiamento climatico, dobbiamo decarbonizzare l’energia in generale", afferma Casati. "Spesso si pensa all’energia solo in termini di elettricità, ma in realtà consumiamo circa la metà della nostra energia sotto forma di calore".

Letteratura di riferimento

Casati E, Allgoewer L, Steinfeld A: Trappola termica solare a 1.000°C e oltre. Device, 15 maggio 2024, doi: pagina esterna 10.1016/j.device.2024.100399

Fabio Bergamin