エンジニアたちは、新たなクリーンエネルギーの解決策を考案している。それは、結晶を太陽エネルギーで1,832°F（1,000°C）の温度まで充電するというもので、鋼鉄を精錬したりセメントを固めたりする炭素集約型プロセスのより環境に優しい代替手段となる可能性がある。
本日Device誌に掲載された概念実証研究で説明されているこの新技術は、太陽光を捕らえる石英の特性を利用している。研究チームは、エネルギーを吸収するためのシリコンディスクに合成石英の棒を取り付け、この装置が熱を保持できるかどうかをテストした。太陽136個分の太陽光に相当するエネルギーを石英の棒に照射したところ、棒は約600℃まで加熱されたが、吸収板は1050℃まで上昇した。
「人々は電気をエネルギーとしてのみ考えがちですが、実際にはエネルギーの約半分は熱という形で利用されています」と、ETHチューリッヒのエンジニアであり、本研究の責任著者であるエミリアーノ・カサティ氏はCell誌の発表で述べています。「気候変動に取り組むには、エネルギー全般の脱炭素化が必要です。」
これまで、太陽光集熱器（太陽光を反射する鏡からの熱を集光する装置）は、1,000℃を超える温度の太陽エネルギーを効率的に処理することができませんでした。ガラス、鉄鋼、セメント製造など、最も広く普及している炭素集約型プロセスの一部は、この限界温度、あるいはそれを超える温度を必要とし、企業は化石燃料を燃焼させることでこれを実現しています。CBSニュースによると、セメント製造だけで2023年のCO2排出量の約8%を占めており、今年初めにアメリカセラミックス協会の学術誌に掲載された研究によると、ガラスの溶融は約9,500万トンの人為的炭素を排出しています。
製造工程に石英を加えることで、地球温暖化の原因となっているプロセスだけに頼るのではなく、太陽光を利用して鉄鋼、ガラス、セメントの加工に必要な温度を実現できるようになる。
「エネルギー問題は私たちの社会の存続にとって不可欠な要素です」とカサティ氏は述べた。「太陽エネルギーは容易に利用可能であり、技術も既に存在しています。産業界による導入を真に促進するには、この技術の経済的実現可能性と利点を大規模に実証する必要があります。」
研究者たちは実験に加え、この装置の効率をモデル化し、石英が受信機の効率を高めることを発見しました。このモデルでは、シールドなしの受信機は1,200℃の温度で40%の効率を示しましたが、厚さ300mmの石英でシールドされた受信機では、同じ温度で70%の効率を示しました。
チームは現在、熱トラップとして機能する液体や気体などの他の材料を試験している。これらの材料は、その保温能力を通じて、再生可能エネルギーソリューションの効率を高める可能性がある。しかし、長年の化石燃料の優位性に取って代わるには、まだ長い道のりが残されている。
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