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Uma equipa de engenheiros está a preparar uma nova solução de energia limpa: carregar cristais com energia solar a temperaturas de 1.000 graus Celsius, tornando-os um substituto mais ecológico para os processos intensivos em carbono que fundem o aço e cozinham o cimento.
O vidro, o aço, o cimento e a cerâmica são indústrias essenciais para a construção. No entanto, o fabrico destes materiais exige temperaturas superiores a 1000°C e depende fortemente da queima de combustíveis fósseis para obter calor, representando cerca de 25% do consumo global de energia.
Ainda que a comunidade científica esteja a explorar uma alternativa de energia limpa com recetores solares, que concentram e acumulam calor com milhares de espelhos que acompanham o Sol, a verdade é que esta tecnologia tem dificuldade em transferir eficazmente a energia solar acima dos 1.000°C.
Para aumentar a eficiência dos recetores solares, esta equipa recorreu a materiais semitransparentes como o quartzo, capaz de reter a luz solar – um fenómeno chamado efeito de armadilha térmica.
Foi então criado um dispositivo de captura ligando uma haste de quartzo sintético a um disco de silício utilizado para absorver energia. Os engenheiros aplicaram-lhe uma energia equivalente à luz solar de 136 sóis e verificaram que a barra aqueceu até cerca de 600 graus Celsius.
No entanto, a placa absorvente atingiu uma temperatura de 1050 graus Celsius.
“Até agora, os cientistas só conseguiram demonstrar o efeito de armadilha térmica até 170°C”, referiu Emiliano Casati, engenheiro da ETH Zurich, citado pelo Quartz . “A nossa investigação demonstrou que o aprisionamento térmico solar funciona não só a baixas temperaturas, mas também acima dos 1000°C.”
“As pessoas tendem a pensar apenas na eletricidade como energia, mas, na verdade, cerca de metade da energia é utilizada sob a forma de calor”, explicou o autor do estudo, publicado na Device. “Para combater as alterações climáticas, precisamos de descarbonizar a energia em geral”.
Utilizando um modelo de transferência de calor, a equipa também simulou a eficiência de retenção térmica do quartzo em diferentes condições.
O modelo mostrou que o aprisionamento térmico atinge a temperatura alvo em concentrações mais baixas com o mesmo desempenho, ou com uma eficiência térmica mais elevada para uma concentração igual.
Enquanto um recetor de última geração (não blindado) tem uma eficiência de 40% a 1.200°C, com uma concentração de 500 sóis, o recetor blindado com 300 mm de quartzo atinge uma eficiência de 70% à mesma temperatura e concentração. O primeiro necessita de pelo menos 1000 sóis de concentração para obter um desempenho comparável.
“A energia solar está facilmente disponível e a tecnologia já existe. Para motivar a adoção por parte da indústria, temos de demonstrar a viabilidade económica e as vantagens desta tecnologia à escala”, rematou o investigador.
