Wetenschappers bouwden een apparaat die de hitte van de zon vangt. Daarmee zouden zware industrieën van energie kunnen worden voorzien.

Als kind heb je vast weleens door een vergrootglas gekeken. Misschien is het je zelf weleens gelukt om een zonnestraal er zo doorheen te laten gaan dat er een klein vuurtje ontstaat. Dat komt daardoor je op die manier de zonnehitte concentreert. Nu hebben onderzoekers van de ETH Zürich een manier bedacht om met dat concept maar liefst 1000 graden Celsius te bereiken. Zij publiceerden over hun uitvinding in het vaktijdschrift Device.

Lees ook:

• Slimme kleding op zonne-energie houdt je zowel koel als warm
• De nieuwste innovaties rondom zonne-energie
• Komt zonne-energie uit de ruimte eraan?

Zware industrieën

Glas, staal, cement en keramiek: allemaal materialen die van enorm belang zijn in onze samenleving. Maar helaas is het produceren ervan niet bepaald duurzaam. De processen vergen temperaturen boven de 1000 graden Celsius en er worden enorme hoeveelheden fossiele brandstoffen doorheen gejast.

Wetenschappers zoeken dus naarstig naar alternatieven. Een daarvan is de zonne-ontvanger. Dat is een apparaat dat met behulp van duizenden spiegels zonlicht concentreert en daarmee, net als een vergrootglas, hitte produceert. Maar echt efficiënt zijn die zonne-ontvangers nog niet; de hoogst bereikte temperatuur tot nu toe is slechts 170 graden Celsius. Bij lange na niet genoeg voor de genoemde zware industrieën dus.

Zonlicht ‘vangen’

Maar daar komt nu verandering in dankzij het werk van Emiliano Casati en collega’s. Zij hebben een methode bedacht om de efficiëntie van een zonne-ontvanger flink te boosten. De truc omvat een ‘hengel’ van synthetisch kwarts van 30 centimeter lang.

Kwarts is een deels transparant materiaal dat heel goed is in het ‘vangen’ van zonlicht, ook wel het thermal trapping-effect genoemd. De ‘hengel’ staat aan de ene kant bloot aan geconcentreerd ‘zonlicht’ en is aan de andere kant verbonden met een silicium schijf, die de hitte absorbeert. Binnen in de schijf bevinden zich temperatuursensors.

Het ‘zonlicht’ kwam in het gedane experiment niet echt van de zon maar van de High Flux Solar Simulator (HFSS), die met behulp van booglampen zonlicht nabootst. De onderzoekers lieten een geconcentreerde ‘zonnestraal’ op de hengel van kwarts schieten die overeenkomt met het licht van 135 zonnen. Uit de temperatuurmetingen bleek dat de silicium schijf op een bepaald moment maar liefst 1050 graden Celsius was.

Gassen en vloeistoffen

Met behulp van een computermodel verkende Casati en zijn team de verdere mogelijkheden van het thermal-trapping-effect. Worden de ‘hengel’ en de schijf toegevoegd aan een bestaande state-of-the-art zonne-ontvanger (die met behulp van spiegels zonlicht concentreert) dan zouden temperaturen boven de 1200 graden Celsius mogelijk moeten zijn.

Maar dat is op dit moment alleen nog maar theorie natuurlijk. De onderzoekers moeten dit nog gaan testen. Daarvoor moeten ze eerst het thermal trapping-apparaat verder optimaliseren. Ook willen ze uitvogelen of andere deels transparante materialen, mogelijk zelfs vloeistoffen en gassen, tot een nog een betere efficiëntie leiden.

Bronnen: Device, Cell Press via EurekAlert!

Beeld: Device/Casati et al.

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!