Forscher aus Zürich haben eine neuartige thermische Falle entwickelt, die Sonnenstrahlung aufnimmt und Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius erreichen kann. Künftig könnte die sogenannte Sonnenlichtfalle fossile Brennstoffe in verschiedenen Industrieprozessen ersetzen.
Die Herstellung von Zement, Stahl und vielen Chemikalien erfordern extrem hohe Temperaturen, die derzeit meist durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle oder Erdgas erzeugt werden. Der Nachteil: Diese Prozesse setzen große Mengen an Treibhausgasen frei, die sich negativ auf das Klima auswirken. Auch erneuerbare Elektrizität ist keine Alternative, da die benötigten Temperaturen so hoch sind.
Forschende der ETH Zürich haben nun allerdings eine Technologie entwickelt, um diese Herausforderung zu meistern: eine Sonnenlichtfalle. Diese thermische Falle soll in der Lage sein, mithilfe von Sonnenlicht Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius zu erreichen.
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So funktioniert die Sonnenlichtfalle
Das Herzstück der Sonnenlichtfalle ist ein Stab aus Quarz. Aufgrund seiner optischen Eigenschaften absorbiert er Sonnenstrahlung und wandelt sie in Wärme um. Im Laborexperiment hatte der Quarzzylinder einen Durchmesser von 7,5 Zentimetern und war 30 Zentimeter lang.
Er erreichte Temperaturen von bis zu 1.050 Grad Celsius, indem er mit künstlichem Licht bestrahlt wurde. Das entspricht der Intensität von 135-fach konzentriertem Sonnenlicht. Zum Vergleich: In frühere Studien konnten mit ähnlichen Technologien maximal Temperaturen von 170 Grad Celsius erzielt werden.
Außerdem konnte das Forschungsteam die Wärmeabstrahlung der Sonnenlichtfalle auf ein Minimum reduzieren. Während konzentrierende Solarkraftwerke in Spanien, den USA und China mit Temperaturen von bis zu 600 Grad arbeiten, um den Wärmeverlust der Anlagen zu verringern, ist die Züricher Erfindung darauf nicht angewiesen.
Potenzial für Hochtemperatur-Solaranlagen
„Unser Ansatz verbessert den Wirkungsgrad der Absorption von Sonnenlicht erheblich“, so Emiliano Casati, Wissenschaftler in der Gruppe für Energie- und Prozesssystemtechnik. „Wir sind deshalb zuversichtlich, dass diese Technologie die Entwicklung von Hochtemperatur-Solaranlagen ermöglicht.“ Detaillierte Analysen stehen allerdings noch aus.
„Um den Klimawandel zu bekämpfen, müssen wir Energie generell dekarbonisieren“, betont Casati. „Oft denkt man bei Energie nur an Strom, aber tatsächlich verbrauchen wir etwa die Hälfte unserer Energie in Form von Wärme.“
Die Forschenden der ETH Zürich arbeiten weiter daran, ihre Methode zu optimieren. Langfristig könnte die Sonnenlichtfalle nicht nur für die Stromproduktion, sondern auch für die Dekarbonisierung von energieintensiven Industriezweigen zum Einsatz kommen und so eine bedeutende Rolle in der Energieversorgung spielen.
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