1.050 °C uit zonlicht: betere hoogovens voor staalproductie

De smelttemperatuur van ijzer ligt net onder de 1.050 °C (1.900 °F). Hoogovens werken meestal zelfs bij temperaturen van rond de 2.000 °C (3.600 °F) of meer.

Daarentegen zijn de records voor de pure concentratie van zonlicht tot nu toe aanzienlijk lager geweest, ondanks grote inspanningen. Thermische zonne-energiecentrales bijvoorbeeld, die alleen waterdamp genereren, bereiken slechts ongeveer 400 tot 500 °C.

Om de grens van 1000 graden (1800 °F) aanzienlijk te overschrijden, is voor directe verwarming van een geschikte oven ongeveer duizend keer de concentratie zonlicht nodig. Als deze oven omhuld is met kwarts, is de helft van de concentratie voldoende.

Onderzoekers van de ETH Zürich zijn er nu in geslaagd om de oven te verwarmen tot meer dan 1.000 °C (1.800 °F) met slechts 136 keer de concentratie zonne-energie. Dit werd bereikt door de hoogoven te omhullen met een speciaal, semi-transparant materiaal.

Een nauwkeurig aangepast kwarts of vergelijkbaar materiaal wordt aangebracht op de laag die daadwerkelijk verantwoordelijk is voor het absorberen van de warmte-energie, die alleen de golflengten opvangt die nodig zijn voor de verwarming.

Deze "truc" houdt het oppervlak relatief koel, terwijl op het cruciale punt hoge temperaturen worden bereikt. In dit geval bleef de buitentemperatuur onder de 500 °C, terwijl er in de oven zelf 1050 °C werd gemeten. De verliezen door de onvermijdelijke afkoeling van het oppervlak zijn navenant lager.

De volgende stap op de agenda is het bereiken van de 3.000 °C-grens (5.000 °F). Bij deze temperatuur zou het mogelijk zijn om een breed scala aan metalen te verwerken waarvoor anders een klassieke hoogoven nodig zou zijn.

Er zouden geen fossiele brandstoffen meer gebruikt hoeven te worden en het rendement van het systeem zou extreem hoog zijn. Zowel waterstof als steenkool zijn immers alleen zo energierijk omdat ze aanvankelijk met behulp van zonlicht werden geproduceerd - door hydrolyse of door plantengroei een paar miljoen jaar geleden.

Als in plaats daarvan direct zonlicht wordt gebruikt, zijn er geen tussenstappen tussen licht en een hoogoven op bedrijfstemperatuur. En de besparing op CO2 en vooral op energie zou enorm zijn.