Un mundo donde la energía del sol no solo ilumine nuestros días, sino que también forme parte de industrias esenciales como la del acero o el cemento cada vez está más cerca. Y esto es gracias al trabajo de diversos investigadores alrededor del mundo que buscan reducir la dependencia de los combustibles fósiles en nuestro día a día.
En concreto, hablamos de un equipo de investigadores suizos liderados por Emiliano Casati de ETH Zurich, quienes han alcanzado un hito significativo en la aplicación de la energía solar. Su estudio se ha basado en el desarrollo de un método para generar temperaturas superiores a los 1.000°C. ¿Cómo lo han logrado? Utilizando cuarzo sintético y un fenómeno llamado trampa térmica, del cual hablaremos con más detalle a lo largo del artículo.
Resumen:
- ¿Cómo surge la investigación?
- ¿Qué es el método de calor solar?
- ¿Cuáles son las principales ventajas del método de calor solar?
- Preguntas frecuentes
- Referencias:
¿Cómo surge la investigación?
Por todo es sabido que cualquier plan que busque contrarrestar el cambio climático debe abordar el desafío de descarbonizar el calor industrial. En ese sentido, la energía solar es clave en este contexto, ya que puede concentrarse y convertirse directamente en calor para alcanzar temperaturas de hasta 3.000°C. El principal problema es que, los convertidores solares actuales tienen rendimientos deficientes y altos costes cuando se necesitan temperaturas superiores a los 1.000°C, debido a las pérdidas por radiación.
En ese sentido, surge el estudio del que hablamos en este artículo, un trabajo que buscaba demostrar que la energía solar puede atraparse de forma efectiva por encima de los 1.000°C.
¿Qué es el método de calor solar?
Cuando hablamos de radiación solar y absorción de energía, debemos tener en cuenta que existen múltiples diferencias en función de los materiales que se utilicen. Por un lado, los materiales opacos absorben la luz en su superficie y la transfieren por conducción a través de las paredes. Por el contrario, la radiación solar en materiales semitransparentes puede penetrar y absorberse de forma volumétrica, es decir, en el interior del material.
En ese sentido, los investigadores del estudio se dieron cuenta que mediante la combinación adecuada del material semitransparente y la fuente radiactiva, era posible alcanzar temperaturas más altas en el interior del material que en la superficie.
El método de calor solar es una técnica que utiliza la energía del sol para generar calor alcanzando temperaturas superiores a los 1.000°C. Se basa principalmente en el uso de materiales semitransparentes, como el cuarzo sintético, con los que se captura y concentra la energía solar.
¿Quién ha desarrollado este método?
Como comentábamos al inicio, este método ha sido desarrollado por un equipo de investigadores en Suiza, liderado por Emiliano Casati. El equipo ha trabajado intensamente con el fin de demostrar la viabilidad de esta técnica, que podría transformar la manera en que las industrias generan el calor necesario para sus procesos productivos.
¿Cuál ha sido el proceso de desarrollo?
Para llevar a cabo el proceso de investigación, se utilizó cuarzo sintético adherido a un disco opaco de silicio como absorbente de energía. Este dispositivo fue expuesto a una concentración de luz equivalente a la proveniente de 136 soles, alcanzando temperaturas de hasta 1.050°C en la placa absorbente, mientras que el otro extremo del cuarzo permanecía a 600°C.
A través de modelos de transferencia de calor, el equipo también simuló la eficiencia de la trampa térmica del cuarzo bajo diferentes condiciones. Los resultados mostraron que este método puede alcanzar la temperatura objetivo con una menor concentración de energía solar o con una mayor eficiencia térmica. Además, han explorado el uso de otros materiales y medios para mejorar aún más la eficiencia y la aplicabilidad del método en diversas industrias.
Estos hallazgos han demostrado que la trampa térmica solar no solo es viable a bajas temperaturas, sino que también puede funcionar de forma a temperaturas muy elevadas, haciendo que esta tecnología sea prometedora para aplicaciones industriales a gran escala.
¿Cuáles son las principales ventajas del método de calor solar?
Son muchas las ventajas que presenta el método desarrollado por este grupo de investigadores, entre ellas destacamos:
- Al utilizar energía solar para generar calor, este método reduce la dependencia de combustibles fósiles y disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero.
- La alta eficiencia que supone puede traducirse en menores costes operativos y un mejor aprovechamiento de los recursos energéticos.
- Es apta para aplicar en una amplia gama de industrias, como la siderurgia, la producción de cemento y la industria química, que requieren calor extremo para sus procesos.
- Demuestra el potencial de las energías renovables para satisfacer diversas necesidades energéticas, no solo en la generación de electricidad sino también en la producción de calor industrial.
- Permite reducir la dependencia de las importaciones de energía y mejorar la seguridad energética.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el efecto de la trampa térmica?
El efecto de la trampa térmica es un fenómeno en el que ciertos materiales conocidos como materiales semitransparentes, como es el caso del cuarzo sintético utilizado en este estudio, pueden capturar y retener la energía solar en forma de calor de forma más eficiente de lo que lo hacen los materiales opacos. Cuando la luz solar incide sobre dichos materiales, estos son capaces de absorberla, no solo en la superficie, sino también en su interior. De forma que, en lugar de liberar este calor inmediatamente, lo mantienen sin permitir que escape.
Para entender mejor cómo funciona, podemos pensar en un invernadero atrapando el calor del sol para mantener las plantas a una determinada temperatura. Un plástico oscuro no permitiría la entrada de los rayos del sol y, por lo tanto, se calentaría el plástico pero no tanto el interior del invernadero. Mientras que al usar un plástico semitransparente, el calor penetra hasta el interior y se mantiene en él.
¿Cómo se extrae el calor retenido en el cuarzo para su aplicación en la industria?
Para extraer el calor acumulado en el cuarzo a través del efecto de la trampa térmica y, así, poder utilizarlo en distintas aplicaciones, se pueden usar múltiples métodos de transferencia de calor. Entre ellos destacamos la conducción térmica, la convección o la radiación térmica. La elección de un método u otro dependerá de los requisitos específicos de la aplicación industrial.
¿Qué industrias podrán beneficiarse de este método?
El método de calor solar tiene el potencial de beneficiar a varias industrias que requieren altas temperaturas para sus procesos. Algunas de las principales industrias que pueden aprovechar esta tecnología son la industria siderúrgica (producción de acero y otros metales), producción de cemento, la industria química, industrias que trabajan con materiales como la cerámica y los materiales compuestos o, las plantas de energía solar térmica. En general, cualquier industria que dependa de calor extremo para sus procesos puede beneficiarse de este método innovador, reduciendo costes operativos y minimizando el impacto ambiental.
En resumen, el estudio liderado por Emiliano Casati y su equipo en ETH Zurich ha logrado un hito significativo en la aplicación de la energía solar al desarrollar un método para generar temperaturas superiores a los 1.000°C. Este avance representa un paso importante hacia la descarbonización del calor industrial, ofreciendo una alternativa sostenible y eficiente al uso de combustibles fósiles. Con el potencial de beneficiar a una amplia gama de industrias, desde la siderurgia hasta la producción de cemento, el método de calor solar abre nuevas posibilidades para la adopción de energías renovables en procesos industriales clave, contribuyendo así a la lucha contra el cambio climático y promoviendo un futuro más sostenible.
Referencias:
- ScienceDaily: Scientists generate heat over 1,000 degrees Celsius with solar power instead of fossil fuel
- 50Device: Solar thermal trapping at 1,000°C and above
