一些初創公司認為，對于許多高碳排放的國家來說，能夠儲存熱量的磚塊可能是實現能源可再生化的關鍵。
無論是生產鋼鐵還是制作嬰兒食品，許多產品制造行業都需要大量的熱量——目前大部分熱量都是通過燃燒天然氣等化石燃料產生的。重工業約占全球排放量的四分之一，而我們熟知的風能和太陽能，雖然產生的溫室氣體較少，但它們并不能持續產生工廠生產其產品所需的熱量。
越來越多的公司正在努力部署一種系統，可以捕獲清潔電力產生的熱量，并將其儲存在成堆的磚塊中。這些系統有的并不復雜，其設計甚至稱得上簡單，所用材料也已經商用多年，它們可以在任何需要的地方快速建造。
(資料圖片僅供參考)
今年早些時候，加州進行了一場有關蓄熱系統的演示，其他測試系統也正緊鑼密鼓地鋪開。盡管蓄熱系統還處于早期階段，但它們有潛力幫助工業擺脫化石燃料。
未來的“烤面包機”
蓄熱電池（系統）的關鍵潛力是它們的簡單性。加州熱能存儲初創公司 Rondo Energy 公司的 CEO 約翰·奧唐納（John O’Donnell）說：“如果你想達到更大的規模，那么每個人都應該認可它既可靠，又無趣。”
（來源：STEPHANIE ARNETT/MITTR | GETTY）
2023 年 3 月，這家初創公司在加州的一家乙醇工廠部署了首個商業試點項目。它本質上是一堆精心設計的磚塊。在 Rondo 的系統中，電能會經過一個加熱元件，在那里它被轉化為熱量。奧唐納說，這和烤面包機使用的機制是一樣的，只是尺寸更大、溫度更高。熱量會通過磚塊堆散發出來，使它們升溫到 1500 攝氏度以上。
磚塊所在的絕緣鋼容器可以讓它們保持高溫數小時，甚至數天。當需要使用捕獲的熱量時，再用風扇將空氣吹過磚塊。當空氣通過縫隙時，其溫度最高可升至 1000 攝氏度。奧唐納說，如何使用這些熱量將取決于商業過程，許多設施可能會利用它將水轉化為高壓蒸汽。
Rondo 在加州一家生物燃料工廠的試點項目中，生產乙醇的發酵過程中會用到生成的蒸汽。許多其他工業過程使用蒸汽來控制反應器中的溫度或者用于凈化過程。蓄熱系統也可用于目前不使用蒸汽的高溫制造過程，比如水泥和鋼鐵生產，它們所需的溫度也超過 1000 攝氏度。
許多工業流程每天 24 小時運行，所以它們需要持續加熱。通過嚴格控制傳熱過程，Rondo 的系統可以快速充電，可以在短時間內充分利用可再生能源的廉價特性。這家初創公司的電池可能需要大約 4 個小時充電，才能晝夜不停地提供熱量。
“海量”的熱能
蓄熱技術面臨的主要挑戰之一將是建立足夠的系統來滿足重工業巨大的能源需求。ClimateWorks 的行業高級總監麗貝卡·戴爾（Rebecca Dell）說，該行業使用了“海量”的熱能。在工業領域每年使用的能量中，大約四分之三是熱量形式的，剩下的四分之一才是電力，而工業熱能約占全球能源需求的 20%。
顯而易見的是，化石燃料是為這些大規模工業過程提供動力的最經濟的方式，但風能和太陽能的價格在過去幾十年里下降了 90% 以上。戴爾表示，這為電力在整個行業發揮更大作用打開了大門。奧唐納說：“我們正處于這個重要的時刻，我們可以停止燃燒物質來獲取熱量，還能讓熱量獲取更便宜。”
要想在工業中使用廉價的可再生能源，還有其他的潛在選擇。一些設施可以調整為直接使用電力，而不是高溫。例如，一些公司正在研究用電化學工藝來制造水泥和鋼鐵，盡管替換現有工廠的所有基礎設施可能需要幾十年的時間。利用電力產生氫氣是另一種潛在的途徑，因為氫氣反過來可以用來燃燒發電，但在許多情況下，它仍然成本過高，而且效率低下。
任何滿足工業領域巨大熱量需求的努力都需要大幅擴大發電規模。戴爾說，一個標準的水泥廠需要持續使用大約 250 兆瓦的能源，主要以熱量的形式維持。這相當于大約 25 萬戶居民所用的電力，因此為一個大型工業設施通供電意味著增加相當于一個小城市的電力需求。
一次一塊磚
Rondo 并不是唯一一個尋求在工業領域中部署蓄熱系統的公司。總部位于加州的 Antora Energy 公司正在利用碳建造蓄熱系統，其聯合創始人兼首席運營官賈斯汀·布里格斯（Justin Briggs）說：“這超級簡單，簡直就像是實體積木。”
Antora 的系統不會使用單獨的加熱元件（Rondo 系統里的“烤面包機線圈”）將電力轉化為熱量，而是使用碳塊作為電阻性加熱器，這樣它們就會產生和儲存熱量。
布里格斯解釋說，這可以降低成本和復雜性。但這一選擇也意味著該系統需要更強的密封性，因為石墨和其他形式的碳可以高溫空氣中降解。
Antora 計劃不僅為工業提供熱量，還要提供電力。這家初創公司的方法依賴于熱光伏——類似于太陽能電池板的設備。Antora 的設備可以捕獲從熱碳塊輻射出來的熱量，將其轉化為電能。
雖然熱存儲系統的效率可以超過 90%，但將熱量轉化為電力要困難得多。Antora 的設備在供電時的效率下降到不到 50%，與目前使用的許多傳統燃氣渦輪機一樣。Antora 目前正在加州弗雷斯諾建造其第一個試點系統。該系統將達到一個集裝箱的大小，并將在今年晚些時候投入使用。
即使使用商業上成熟的材料，蓄熱系統也需要一段時間才能向制造商證明其作用，并對工業排放產生有意義的影響。但這項技術可能成為一個新的、氣候友好型工業領域的基石。奧唐納說：“我們擁有向零碳經濟轉型所需的所有工具。現在是時候建造它們了。”
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原文：
https://www.technologyreview.com/2023/04/10/1071208/the-hottest-new-climate-technology-is-bricks/
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