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Un grupo de tres científicos de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH Zurich) en Suiza ha empleado cuarzo sintético para capturar energía solar incluso a temperaturas superiores a 1.000 grados Celsius. Este avance resalta el prometedor papel que este método de energía limpia podría desempeñar en industrias que tienen un alto consumo de carbono.
Publicado en la revista "Device", este estudio sugiere la utilización del cuarzo sintético para capturar la energía y usar el calor solar en vez de la quema de combustibles fósiles para el proceso de fundición de acero y la producción de cemento.
El estudio destaca el papel del cuarzo sintético en la captura solar para combatir el cambio climático
"Para enfrentar el cambio climático, es crucial descarbonizar la energía en su totalidad", afirma Emiliano Casati, de ETH Zurich, quien agrega: "A menudo, la gente asocia la electricidad únicamente con la energía, pero en realidad, cerca de la mitad de la energía se emplea en forma de calor".
El vidrio, el acero, el cemento y la cerámica son pilares fundamentales de la civilización moderna, siendo indispensables para la construcción de una amplia gama de elementos, desde motores de automóviles hasta rascacielos.
No obstante, la producción de estos materiales requiere temperaturas que superan los 1.000 grados Celsius y depende en gran medida de la combustión de combustibles fósiles para generar calor. Estas industrias representan aproximadamente el 25 % del consumo global de energía.
La transferencia de energía solar
Los científicos han investigado una alternativa de energía limpia mediante receptores solares que concentran y generan calor con miles de espejos que rastrean el sol. Sin embargo, esta tecnología enfrenta dificultades para transferir eficientemente la energía solar por encima de los 1.000 grados Celsius.
Para mejorar la eficiencia de los receptores solares, Casati optó por materiales semitransparentes como el cuarzo, capaces de capturar la luz solar mediante un fenómeno conocido como efecto de trampa térmica.
El avance en energía e ingeniería térmica
El equipo desarrolló un ingenioso dispositivo de captura térmica mediante la fusión de una varilla de cuarzo sintético con un disco de silicio opaco, este último actuando como absorbente de energía. Al someter el dispositivo a un flujo de energía comparable a la radiación solar de 136 veces la intensidad del sol, se observó un fenomenal resultado: la placa absorbente alcanzó una temperatura de 1.050 grados Celsius, mientras que el extremo opuesto de la varilla de cuarzo se mantuvo relativamente más fresco, a 600 grados Celsius. Este logro no solo destaca la eficacia del diseño, sino también su capacidad para generar y retener altas temperaturas de manera diferencial, lo cual puede tener aplicaciones significativas en diversos campos, desde la energía hasta la ingeniería térmica.
Según Casati, investigaciones previas únicamente han conseguido evidenciar el efecto de trampa térmica hasta los 170°C. Sin embargo, resalta que sus propias investigaciones han ido mucho más allá al demostrar que la captura solar térmica no solo es efectiva a temperaturas bajas, sino que también puede operar de manera óptima incluso a temperaturas extremadamente altas, superando los 1.000°C. Este hallazgo resulta crucial para destacar el potencial de esta tecnología en aplicaciones industriales del mundo real.
Casati destaca la importancia crucial de la cuestión energética para la supervivencia de la sociedad moderna. En este sentido, resalta el potencial abundante de la energía solar, aprovechando la tecnología disponible, como el cuarzo sintético empleado en los avances recientes. Sin embargo, subraya la necesidad de demostrar la viabilidad económica y las ventajas de esta tecnología a gran escala para impulsar su adopción industrial.
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