新再生能源科技:用磚頭儲藏熱量

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圖片來源:1968/Shutterstock

現時,重工業佔全球碳排放量大約 4 分之 1。從製造鋼鐵到嬰兒食品,工業生產過程中需要大量熱能,目前大部分工廠都通過燃燒化石燃料(如天然氣)來獲取所需能源,風能和太陽能等其他替代能源,都無法穩定供應得到工廠所需的熱能。於是,熱量電池成為大熱科技,「麻省理工科技評論」(MIT Technology Review)就報道,很多初創企業正爭相研發儲熱磚頭。

報道指,愈來愈多公司正研究如何捕捉由潔淨能源所產生的熱量,並將其存儲在磚塊之中,以供日後使用。這些新技術只需使用簡單的設計和材料,就可以在任何地方快速建造,有潛力幫助工廠逐步擺脫化石燃料。今年 3 月,加州初創企業 Rondo Energy 在當地一家乙醇工廠建立了第一個商業試點。其產品基本上只是精心設計的磚頭堆,電力通過發熱絲轉換為熱能,然後熱能會經輻射傳播到磚頭。

這些特製磚頭可以加熱至 1,500 度(攝氏,下同),職員會把磚頭放在絕緣鋼箱,讓熱力保持長達數小時甚至數天。人們可以透過特製風扇,讓氣流穿過磚塊間隙,從而釋放儲藏的熱能,熱風的溫度可以高達 1,000 度以上。Rondo Energy 行政總裁 John O’Donnell 表示,用家可以按照自己的商業考量決定熱能使用的方式,而一般工廠會用熱磚來將水轉化為高壓蒸汽,以此控制反應器的溫度。熱磚也可以單純用作高溫加熱,例如水泥和鋼鐵便需要超過 1,000 度才生產。

現時許多工廠都全天候生產,故需要持續加熱,每年工業用的能源中大約 4 分之 3 是熱能,只有 4 分之 1 是電力;工業熱能佔全球能源總需求約 5 分 1,一個標準水泥廠要長期使用大約 250 兆瓦能量,相當於大約 25 萬居民的用電量。過去,這些龐大工業過程一直由化石燃料所驅動,但風力和太陽能價格在過去幾十年已經下降超過 90%,為引入新技術帶來機遇。當然,如何建造足夠龐大的熱量儲存系統來滿足重工業需求是一大挑戰。

Rondo Energy 並不是唯一一家生產熱量磚頭的公司。總部位於加州的 Antora Energy 也在建造以碳為主的熱量儲存系統。公司創始人之一 Justin Briggs 形容自家產品超級簡單,就是「實心磚塊」。Antora Energy 的系統使用碳磚塊作為電阻加熱器(resistive heater),而不用額外組件來將電力轉化為熱能,故此磚塊將同時產生和儲存熱量,從而減少成本和複雜性。不過石墨和其他形式的碳有可能在高溫下分解,系統設計要小心封閉。

Antora Energy 計劃除了向工業供應熱能,還會提供電力選擇。公司會透過熱光伏技術(thermophotovoltaic),類似於太陽能板原理,捕捉來自熱磚塊輻射的熱能,將其轉化為電能。雖然熱對熱的儲存系統效率可高達 90%,但熱對電效率低得多,暫時還不到 50%,與當今許多常規燃氣渦輪機差不多。Antora 目前正在加州佛雷斯諾建造一個試點系統,系統大小相當於一個貨櫃,預計在今年投入運作。

不過,熱儲存技術仍需一段時間來向製造商證明其作用,以及向外界證明其對工業排放產生的實質影響。O’Donnell 相信熱磚將會是零碳經濟所需的工具,現在正是著力建造它們的時候。