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按照國際能(neng)源(yuan)(yuan)署（IEA）計算，工(gong)業(ye)用(yong)(yong)熱是世界上(shang)最大的能(neng)源(yuan)(yuan)終端用(yong)(yong)途。那么(me)如何利用(yong)(yong)可再生能(neng)源(yuan)(yuan)來滿(man)足(zu)這(zhe)一需(xu)求？對(dui)于某些工(gong)業(ye)用(yong)(yong)熱需(xu)求，如150oC至400oC之間的熱量，如今可以(yi)使用(yong)(yong)聚光集(ji)熱式太陽能(neng)技術（concentrated solar thermal-CST）來滿(man)足(zu)，應(ying)用(yong)(yong)領域(yu)包(bao)括制藥、紡織、制磚(zhuan)，造紙，食品加工(gong)和醫院用(yong)(yong)途等。

即使是采礦、鋼鐵和水泥等需(xu)(xu)要更(geng)高溫度(du)的(de)(de)行業(ye)，某些加工(gong)環(huan)節也(ye)只需(xu)(xu)要400oC以下的(de)(de)中(zhong)溫熱能。世界銀行發現(xian)，對于許多工(gong)業(ye)和農業(ye)加工(gong)過程以及室內供熱需(xu)(xu)求而言，已經有(you)成熟的(de)(de)太陽(yang)能熱利用(yong)技(ji)術來實現(xian)用(yong)太陽(yang)能代替一半化石(shi)燃料。

高溫太陽能利用亟待商業化

但是(shi)，對于那些需(xu)(xu)要在(zai)1000-2000oC的(de)高(gao)溫下晝夜(ye)運行的(de)行業來說，聚光熱(re)利用(yong)技術(shu)正(zheng)面(mian)臨更大的(de)挑戰。為(wei)了滿足這(zhe)些市場需(xu)(xu)求，一(yi)項十(shi)年的(de)研究現已取得(de)成(cheng)果，并開始與愿(yuan)意嘗試用(yong)太陽能(neng)替代天然氣或(huo)煤炭的(de)公司合(he)作，進行第一(yi)個聯合(he)試點項目(mu)。這(zhe)些行業有的(de)需(xu)(xu)要持(chi)續(xu)的(de)高(gao)溫熱(re)量來開采礦石，或(huo)者生產水泥與鋼鐵(tie)，或(huo)著(zhu)加工用(yong)于鋼鐵(tie)和鋁的(de)礦石，或(huo)著(zhu)將石油精煉成(cheng)航(hang)空燃料等。

太陽火焰

法國PROMES-CNRS的過程、材料(liao)和太陽能(neng)實驗室(shi)的負責人Sylvain Rodat指出：“產(chan)生火(huo)焰(yan)(yan)時，只是(shi)在燃(ran)燒含氧(yang)燃(ran)料(liao)。燃(ran)燒中火(huo)焰(yan)(yan)其(qi)實是(shi)一(yi)種高(gao)(gao)溫氣(qi)(qi)體(ti)(ti)，可(ke)以(yi)(yi)高(gao)(gao)達1000°C和2000°C，具體(ti)(ti)取(qu)決(jue)于氧(yang)氣(qi)(qi)含量。但(dan)是(shi)，使用CST技術，我(wo)(wo)們(men)也可(ke)以(yi)(yi)將氣(qi)(qi)體(ti)(ti)加熱到很(hen)高(gao)(gao)溫度。而(er)且由于沒有(you)(you)燃(ran)燒，所以(yi)(yi)不會(hui)產(chan)生二(er)氧(yang)化碳(tan)。這將是(shi)干(gan)凈的火(huo)焰(yan)(yan)。我(wo)(wo)們(men)可(ke)以(yi)(yi)加熱例(li)如氮氣(qi)(qi)，因此我(wo)(wo)們(men)可(ke)以(yi)(yi)擁有(you)(you)高(gao)(gao)溫氮氣(qi)(qi)火(huo)焰(yan)(yan)，具有(you)(you)與燃(ran)燒的火(huo)焰(yan)(yan)相同的效果，但(dan)是(shi)沒有(you)(you)任何(he)燃(ran)燒產(chan)物，例(li)如氮氧(yang)化物或(huo)CO2。如果只是(shi)加熱氣(qi)(qi)體(ti)(ti)，就沒有(you)(you)二(er)氧(yang)化碳(tan)產(chan)生。”

他補充道，要實現這一目標也不(bu)容易(yi)(yi)：“理由很簡單：我們(men)只是(shi)用熱氣體(ti)代(dai)替燃燒(shao)火焰(yan)。但是(shi)實際上將氣體(ti)加熱到(dao)很高的溫度(du)并不(bu)那么容易(yi)(yi)，加熱液體(ti)或固體(ti)會(hui)更容易(yi)(yi)些。”

為了解決(jue)將(jiang)氣體(ti)加(jia)熱到(dao)超過1000°C的(de)困難，一種(zhong)新的(de)技(ji)術解決(jue)方(fang)案是將(jiang)吸熱器(qi)中懸浮的(de)顆粒物加(jia)熱。自2010年以來，許多專利已(yi)經(jing)發(fa)表，研(yan)究如何將(jiang)各種(zhong)粒子加(jia)熱到(dao)很高的(de)溫度。

他(ta)指(zhi)出(chu)：“對于(yu)連續(xu)熱化學過程，該技術甚至可能(neng)更高效。的確，在(zai)這種情況下，顆粒吸收的熱量可以(yi)直接用于(yu)固體(ti)氣體(ti)工藝，而不需要燃氣循環中(zhong)的顆粒/氣體(ti)熱交換(huan)器(qi)。”

在這領(ling)域目前有些創(chuang)新企業，例如Synhelion，該公司與意大利(li)ENI合(he)作利(li)用(yong)太陽熱化學(xue)生產(chan)航空燃料。

熔融金屬或熔鹽熱化學技術

一個國際團(tuan)隊正(zheng)在(zai)(zai)研究從熔(rong)融錫溶液(ye)中(zhong)產生氫氣，該熔(rong)融錫的(de)工作(zuo)溫度范圍很寬（232°C到2600°C），比(bi)現(xian)在(zai)(zai)的(de)光熱電站（介質溫度在(zai)(zai)290°C至565°C之間(jian)）要寬得多。在(zai)(zai)熔(rong)融錫中(zhong)注入的(de)甲烷(wan)在(zai)(zai)1175°C時可以獲得78％的(de)氫氣。

Rodat說(shuo)：“我(wo)想在(zai)這(zhe)(zhe)個方(fang)向上走(zou)得更遠，因為(wei)(wei)(wei)我(wo)認(ren)為(wei)(wei)(wei)這(zhe)(zhe)很(hen)(hen)有(you)希望。但(dan)是到(dao)目前為(wei)(wei)(wei)止，在(zai)該領(ling)域進(jin)行的(de)(de)研究還很(hen)(hen)少。我(wo)們可以將熱量存儲在(zai)熔融(rong)金屬中，而且(qie)系(xi)統中的(de)(de)慣性更大，因此可以更好(hao)地(di)控制溫(wen)度。這(zhe)(zhe)也是甲(jia)烷裂(lie)解的(de)(de)好(hao)方(fang)法，因為(wei)(wei)(wei)在(zai)氣(qi)體和液態(tai)金屬之間具有(you)良好(hao)的(de)(de)傳熱系(xi)數。”

而(er)且熔(rong)融鹽(yan)在(zai)光熱電站中(zhong)的商業化應用已經得(de)到了證明(ming)，但現在(zai)他(ta)在(zai)研究(jiu)如何(he)直接在(zai)熱熔(rong)鹽(yan)溶液中(zhong)進行(xing)熱化學(xue)反應。

他(ta)表(biao)示：“我(wo)(wo)們(men)(men)可以(yi)(yi)使(shi)用(yong)熔(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)在高(gao)溫過程中(zhong)直接(jie)提供(gong)熱(re)量。如(ru)果成分(fen)控(kong)制(zhi)得當(dang)，我(wo)(wo)們(men)(men)應(ying)(ying)該能(neng)夠在熔(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)中(zhong)進(jin)(jin)行(xing)一些(xie)(xie)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)過程，而不會與熔(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)本(ben)身發(fa)生任(ren)何反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)，使(shi)其保持(chi)原(yuan)始狀態。初步(bu)想法是(shi)通過這(zhe)種(zhong)熔(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)可以(yi)(yi)催化某些(xie)(xie)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)過程，但盡可能(neng)保持(chi)穩定。我(wo)(wo)們(men)(men)有一些(xie)(xie)工作表(biao)明，我(wo)(wo)們(men)(men)可以(yi)(yi)在熔(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)內部(bu)進(jin)(jin)行(xing)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)。這(zhe)并不簡單，當(dang)然是(shi)一個(ge)挑戰。根據(ju)不同的(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)過程，我(wo)(wo)們(men)(men)可以(yi)(yi)觀察到(dao)熔(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)降解情況發(fa)生，這(zhe)是(shi)將(jiang)來研究中(zhong)要解決(jue)的(de)問題。”直接(jie)在熔(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)內部(bu)進(jin)(jin)行(xing)化學反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)優點是(shi)更好的(de)熱(re)效(xiao)率，因為可以(yi)(yi)直接(jie)使(shi)用(yong)熱(re)量而無需熱(re)交換器。