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Coletor de calor solar

Em vez de queimar combustíveis fósseis para fundir aço e cozinhar cimento, engenheiros suíços estão propondo utilizar o calor do Sol.

Eles criaram um dispositivo ainda em escala de laboratório que usa quartzo sintético para capturar a energia termossolar em temperaturas acima de 1.000°C, demonstrando o papel potencial do método para o fornecimento de energia limpa para indústrias com uso intensivo de carbono.

As indústrias de cimento, siderurgia, metalurgia e muitos produtos químicos dependem de temperaturas extremamente elevadas, superiores a mil graus Celsius. Atualmente, esse calor é normalmente obtido através da combustão de combustíveis fósseis, como carvão ou gás natural, que emitem grandes quantidades de gases com efeito estufa.

O aquecimento com eletricidade renovável não é uma alternativa, já que seu uso seria ineficiente nessas altas temperaturas. Assim, nas próximas décadas, esses processos industriais provavelmente continuarão a ser alimentados por combustíveis fósseis - eles são considerados difíceis de descarbonizar.

Mas Emiliano Casati e colegas do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH) já têm uma alternativa: Uma tecnologia que captura diretamente o calor do Sol, gerando temperaturas suficientes para acionar fornos industriais.

Esquema da armadilha térmica, composta por uma haste de quartzo (interna) e um absorvedor de cerâmica (externa). A radiação solar entra pela frente, o calor é gerado na parte traseira.
[Imagem: Emiliano Casati et al. - 10.1016/j.device.2024.100399]

Armadilha térmica

Materiais semitransparentes, como o quartzo ou mesmo a água, podem reter a luz solar por meio de um fenômeno conhecido como "efeito de armadilha térmica". A luz visível passa através desses materiais, mas eles absorvem fortemente a radiação infravermelha, responsável pelo calor. Assim, quando esses materiais são expostos à luz solar, eles retêm o calor em seu interior, que chega a temperaturas muito mais elevadas do que sua superfície.

A equipe criou um dispositivo de retenção térmica anexando uma haste de quartzo sintético a um disco de silício opaco (uma cerâmica) como absorvedor de energia. Exposto a um fluxo de energia solar concentrada, equivalente à luz proveniente de 136 sóis, a armadilha térmica atingiu 1.050 ºC, enquanto a outra extremidade da haste de quartzo permaneceu em 600 ºC.

Para comparação, demonstrações prévias do mesmo princípio não haviam conseguido passar dos 170 ºC. Também já existem usinas dotadas de concentradores solares para capturar a energia solar na forma de calor, mas essas unidades só alcançam temperaturas por volta dos 600 ºC, o que é insuficiente para o uso industrial pretendido.

"Nossa abordagem melhora significativamente a eficiência da absorção solar. Estamos, portanto, confiantes de que esta tecnologia dá sustentação à implantação de usinas solares de alta temperatura," disse o professor Casati.

Contudo, esta foi apenas uma demonstração inicial, sendo necessário fazer os cálculos sobre a viabilidade econômica e, sobretudo, a viabilidade técnica do escalonamento da tecnologia: Em seus experimentos em escala de laboratório, a equipe usou uma haste de quartzo medindo 7,5 centímetros de diâmetro e 30 centímetros de comprimento.