Em vez de gerar calor extremo com combustíveis fósseis, poderíamos um dia usar apenas o Sol

Em vez de queimar combustíveis fósseis para fundir aço e cozer cimento, os investigadores suíços querem utilizar o calor do sol. O estudo de prova de conceito, publicado na revista Device, utiliza quartzo sintético para reter a energia solar a temperaturas superiores a 1000°C, demonstrando o papel potencial do método no fornecimento de energia limpa a indústrias com elevada intensidade de carbono.

“Para combater as alterações climáticas, precisamos de descarbonizar a energia em geral”, diz o autor correspondente Emiliano Casati da ETH Zurich, Suíça. “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”, acrescenta.

O vidro, o aço, o cimento e a cerâmica estão no cerne da civilização moderna, sendo essenciais para a construção de tudo, desde motores de automóveis a arranha-céus.

No entanto, o fabrico destes materiais exige temperaturas superiores a 1000°C e depende fortemente da queima de combustíveis fósseis para obter calor. Estas indústrias são responsáveis por cerca de 25% do consumo global de energia.

Os investigadores exploraram uma alternativa de energia limpa utilizando recetores solares, que concentram e acumulam calor com milhares de espelhos que acompanham o sol. No entanto, esta tecnologia tem dificuldade em transferir eficazmente a energia solar acima dos 1.000°C.

Para aumentar a eficiência dos recetores solares, Casati recorreu a materiais semitransparentes, como o quartzo, que podem reter a luz solar – um fenómeno designado por efeito de armadilha térmica.

A equipa criou um dispositivo de captura térmica ligando uma barra de quartzo sintético a um disco de silício opaco como absorvedor de energia. Quando expuseram o dispositivo a um fluxo de energia equivalente à luz proveniente de 136 sóis, a placa absorvente atingiu 1050°C, enquanto a outra extremidade da barra de quartzo permaneceu a 600°C.

“A investigação anterior só conseguiu demonstrar o efeito de armadilha térmica até 170°C (338°F)”, diz Casati. “A nossa investigação demonstrou que o aprisionamento térmico solar funciona não apenas a baixas temperaturas, mas bem acima dos 1000°C. Isto é crucial para mostrar o seu potencial para aplicações industriais no mundo real”, acrescenta.

Utilizando um modelo de transferência de calor, a equipa também simulou a eficiência do aprisionamento térmico 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 maior eficiência térmica para uma concentração igual.

Por exemplo, 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 recetor não blindado requer pelo menos 1.000 sóis de concentração para um desempenho comparável.

Casati e os seus colegas estão agora a otimizar o efeito de captura térmica e a investigar novas aplicações para o método. Até agora, a sua investigação tem sido prometedora. Ao explorarem outros materiais, como diferentes fluidos e gases, conseguiram atingir temperaturas ainda mais elevadas.

A equipa também observou que a capacidade destes materiais semitransparentes para absorver a luz ou a radiação não se limita à radiação solar.

“A questão energética é uma pedra angular para a sobrevivência da nossa sociedade”, afirma Casati. “A energia solar está facilmente disponível e a tecnologia já existe. Para motivar realmente a adoção pela indústria, temos de demonstrar a viabilidade económica e as vantagens desta tecnologia à escala”, acrescenta.