探討幾種太陽能熱化學前沿技術發展前景
            發布者:admin | 0評論 | 1611查看 | 2020-09-11 09:17:41    

            按照國際能源署(IEA)計算,工業用熱是世界上最大的能源終端用途。那么如何利用可再生能源來滿足這一需求?對于某些工業用熱需求,如150oC至400oC之間的熱量,如今可以使用聚光集熱式太陽能技術(concentrated solar thermal-CST)來滿足,應用領域包括制藥、紡織、制磚,造紙,食品加工和醫院用途等。


            即使是采礦、鋼鐵和水泥等需要更高溫度的行業,某些加工環節也只需要400oC以下的中溫熱能。世界銀行發現,對于許多工業和農業加工過程以及室內供熱需求而言,已經有成熟的太陽能熱利用技術來實現用太陽能代替一半化石燃料。


            高溫太陽能利用亟待商業化


            但是,對于那些需要在1000-2000oC的高溫下晝夜運行的行業來說,聚光熱利用技術正面臨更大的挑戰。為了滿足這些市場需求,一項十年的研究現已取得成果,并開始與愿意嘗試用太陽能替代天然氣或煤炭的公司合作,進行第一個聯合試點項目。這些行業有的需要持續的高溫熱量來開采礦石,或者生產水泥與鋼鐵,或著加工用于鋼鐵和鋁的礦石,或著將石油精煉成航空燃料等。


            太陽火焰


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            法國PROMES-CNRS的過程、材料和太陽能實驗室的負責人Sylvain Rodat指出:“產生火焰時,只是在燃燒含氧燃料。燃燒中火焰其實是一種高溫氣體,可以高達1000°C和2000°C,具體取決于氧氣含量。但是,使用CST技術,我們也可以將氣體加熱到很高溫度。而且由于沒有燃燒,所以不會產生二氧化碳。這將是干凈的火焰。我們可以加熱例如氮氣,因此我們可以擁有高溫氮氣火焰,具有與燃燒的火焰相同的效果,但是沒有任何燃燒產物,例如氮氧化物或CO2。如果只是加熱氣體,就沒有二氧化碳產生。”


            他補充道,要實現這一目標也不容易:“理由很簡單:我們只是用熱氣體代替燃燒火焰。但是實際上將氣體加熱到很高的溫度并不那么容易,加熱液體或固體會更容易些。”


            為了解決將氣體加熱到超過1000°C的困難,一種新的技術解決方案是將吸熱器中懸浮的顆粒物加熱。自2010年以來,許多專利已經發表,研究如何將各種粒子加熱到很高的溫度。


            他指出:“對于連續熱化學過程,該技術甚至可能更高效。的確,在這種情況下,顆粒吸收的熱量可以直接用于固體氣體工藝,而不需要燃氣循環中的顆粒/氣體熱交換器。”


            在這領域目前有些創新企業,例如Synhelion,該公司與意大利ENI合作利用太陽熱化學生產航空燃料。


            熔融金屬或熔鹽熱化學技術


            一個國際團隊正在研究從熔融錫溶液中產生氫氣,該熔融錫的工作溫度范圍很寬(232°C到2600°C),比現在的光熱電站(介質溫度在290°C至565°C之間)要寬得多。在熔融錫中注入的甲烷在1175°C時可以獲得78%的氫氣。


            Rodat說:“我想在這個方向上走得更遠,因為我認為這很有希望。但是到目前為止,在該領域進行的研究還很少。我們可以將熱量存儲在熔融金屬中,而且系統中的慣性更大,因此可以更好地控制溫度。這也是甲烷裂解的好方法,因為在氣體和液態金屬之間具有良好的傳熱系數。”


            而且熔融鹽在光熱電站中的商業化應用已經得到了證明,但現在他在研究如何直接在熱熔鹽溶液中進行熱化學反應。


            他表示:“我們可以使用熔融鹽在高溫過程中直接提供熱量。如果成分控制得當,我們應該能夠在熔融鹽中進行一些反應過程,而不會與熔融鹽本身發生任何反應,使其保持原始狀態。初步想法是通過這種熔融鹽可以催化某些反應過程,但盡可能保持穩定。我們有一些工作表明,我們可以在熔融鹽內部進行反應。這并不簡單,當然是一個挑戰。根據不同的反應過程,我們可以觀察到熔融鹽降解情況發生,這是將來研究中要解決的問題。”直接在熔融鹽內部進行化學反應的優點是更好的熱效率,因為可以直接使用熱量而無需熱交換器。

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