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按照國(guo)際能源署(shu)（IEA）計算，工業用熱(re)是世(shi)界上最大的(de)能源終端用途(tu)。那么如何利(li)用可再生能源來滿足這一(yi)需(xu)求(qiu)？對于某些工業用熱(re)需(xu)求(qiu)，如150oC至400oC之(zhi)間(jian)的(de)熱(re)量，如今(jin)可以(yi)使用聚光(guang)集熱(re)式太陽能技術（concentrated solar thermal-CST）來滿足，應用領域包括制(zhi)藥、紡(fang)織、制(zhi)磚，造紙，食品加工和醫(yi)院用途(tu)等。

即使是采礦、鋼鐵和水泥等需(xu)要(yao)(yao)更高溫度的(de)行業，某些加(jia)工(gong)環節也只需(xu)要(yao)(yao)400oC以(yi)(yi)下的(de)中(zhong)溫熱能(neng)。世界(jie)銀行發(fa)現，對于許多工(gong)業和農(nong)業加(jia)工(gong)過程以(yi)(yi)及室內供熱需(xu)求而言，已(yi)經(jing)有(you)成(cheng)熟(shu)的(de)太(tai)陽(yang)能(neng)熱利用(yong)技術來實現用(yong)太(tai)陽(yang)能(neng)代替一(yi)半(ban)化(hua)石燃料。

高溫太陽能利用亟待商業化

但是，對(dui)于那些需(xu)要在1000-2000oC的(de)(de)高溫下晝夜運(yun)行的(de)(de)行業(ye)來說，聚光(guang)熱(re)利用(yong)技術正面臨更大的(de)(de)挑戰。為(wei)了滿足這些市(shi)場需(xu)求，一(yi)項十年(nian)的(de)(de)研究(jiu)現已取得成(cheng)果，并開始與愿意嘗(chang)試用(yong)太(tai)陽(yang)能替(ti)代天(tian)然氣或(huo)煤炭的(de)(de)公司合作，進行第一(yi)個聯合試點項目(mu)。這些行業(ye)有的(de)(de)需(xu)要持續(xu)的(de)(de)高溫熱(re)量來開采礦(kuang)石，或(huo)者生產(chan)水(shui)泥(ni)與鋼鐵，或(huo)著加工用(yong)于鋼鐵和鋁的(de)(de)礦(kuang)石，或(huo)著將石油精煉成(cheng)航空(kong)燃料等。

太陽火焰

法國PROMES-CNRS的(de)過程、材料和(he)太陽能實(shi)驗室(shi)的(de)負責人Sylvain Rodat指出：“產(chan)(chan)生火焰(yan)時，只是(shi)(shi)在燃燒含氧(yang)(yang)(yang)燃料。燃燒中(zhong)火焰(yan)其實(shi)是(shi)(shi)一種高(gao)溫(wen)(wen)氣體(ti)，可以(yi)高(gao)達1000°C和(he)2000°C，具體(ti)取決于氧(yang)(yang)(yang)氣含量。但是(shi)(shi)，使用(yong)CST技術，我們(men)也(ye)可以(yi)將氣體(ti)加熱(re)到很(hen)高(gao)溫(wen)(wen)度。而且由于沒(mei)有燃燒，所以(yi)不(bu)會產(chan)(chan)生二氧(yang)(yang)(yang)化碳(tan)。這將是(shi)(shi)干凈的(de)火焰(yan)。我們(men)可以(yi)加熱(re)例如(ru)(ru)氮氣，因此我們(men)可以(yi)擁有高(gao)溫(wen)(wen)氮氣火焰(yan)，具有與燃燒的(de)火焰(yan)相同的(de)效果(guo)，但是(shi)(shi)沒(mei)有任(ren)何燃燒產(chan)(chan)物(wu)，例如(ru)(ru)氮氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)或CO2。如(ru)(ru)果(guo)只是(shi)(shi)加熱(re)氣體(ti)，就沒(mei)有二氧(yang)(yang)(yang)化碳(tan)產(chan)(chan)生。”

他補充(chong)道，要實現這一(yi)目標也不容易：“理由很簡單：我們只是用熱(re)氣(qi)體(ti)(ti)代替燃燒火焰。但是實際上將(jiang)氣(qi)體(ti)(ti)加熱(re)到很高的溫(wen)度并不那么(me)容易，加熱(re)液(ye)體(ti)(ti)或(huo)固體(ti)(ti)會更容易些。”

為了(le)解(jie)決將(jiang)氣體加(jia)熱到超過1000°C的困難(nan)，一(yi)種(zhong)新(xin)的技(ji)術解(jie)決方案是將(jiang)吸(xi)熱器中懸浮的顆粒物加(jia)熱。自(zi)2010年以(yi)來，許多專(zhuan)利已經發表，研究如何將(jiang)各(ge)種(zhong)粒子加(jia)熱到很高(gao)的溫(wen)度。

他指出：“對于連續熱化學過程，該技術(shu)甚至可(ke)能更高(gao)效(xiao)。的確，在這(zhe)種情況下，顆粒(li)吸收(shou)的熱量可(ke)以直接用于固體氣體工藝，而(er)不需要燃氣循環中的顆粒(li)/氣體熱交(jiao)換(huan)器。”

在這領域目(mu)前(qian)有些創新企業，例如Synhelion，該公(gong)司與意大利ENI合(he)作利用(yong)太陽熱化(hua)學生(sheng)產(chan)航空燃料。

熔融金屬或熔鹽熱化學技術

一個(ge)國際團隊正在研究從熔(rong)融(rong)錫(xi)溶液中產生(sheng)氫氣(qi)，該熔(rong)融(rong)錫(xi)的(de)工作溫度(du)范(fan)圍很寬（232°C到2600°C），比現在的(de)光熱電(dian)站（介質溫度(du)在290°C至(zhi)565°C之間）要寬得多。在熔(rong)融(rong)錫(xi)中注入的(de)甲烷在1175°C時可(ke)以獲得78％的(de)氫氣(qi)。

Rodat說：“我想在(zai)這個方向上走得更(geng)遠，因(yin)為(wei)我認為(wei)這很有希望。但是(shi)到目前為(wei)止，在(zai)該領域進行的(de)研究(jiu)還(huan)很少。我們可以將熱量存儲在(zai)熔融金屬(shu)中，而且系(xi)(xi)統中的(de)慣性更(geng)大，因(yin)此可以更(geng)好地控(kong)制溫度。這也是(shi)甲烷裂解的(de)好方法，因(yin)為(wei)在(zai)氣體和液態金屬(shu)之間具有良好的(de)傳熱系(xi)(xi)數。”

而且熔(rong)融鹽在光熱(re)電站中(zhong)的商(shang)業化應(ying)用已經(jing)得(de)到(dao)了證(zheng)明，但現在他在研究如何(he)直接在熱(re)熔(rong)鹽溶液(ye)中(zhong)進(jin)行熱(re)化學反(fan)應(ying)。

他表示：“我(wo)們可(ke)以(yi)使(shi)(shi)用熔(rong)融鹽(yan)(yan)在(zai)高溫(wen)過(guo)(guo)程(cheng)中直接(jie)提供熱(re)量。如果成分控(kong)制得當(dang)，我(wo)們應該能夠在(zai)熔(rong)融鹽(yan)(yan)中進行一(yi)(yi)些(xie)反(fan)(fan)應過(guo)(guo)程(cheng)，而不會與熔(rong)融鹽(yan)(yan)本(ben)身發生任(ren)何(he)反(fan)(fan)應，使(shi)(shi)其保持原始(shi)狀態。初步想法(fa)是(shi)(shi)通過(guo)(guo)這種熔(rong)融鹽(yan)(yan)可(ke)以(yi)催化某些(xie)反(fan)(fan)應過(guo)(guo)程(cheng)，但盡(jin)可(ke)能保持穩定(ding)。我(wo)們有(you)一(yi)(yi)些(xie)工作表明，我(wo)們可(ke)以(yi)在(zai)熔(rong)融鹽(yan)(yan)內部進行反(fan)(fan)應。這并(bing)不簡單(dan)，當(dang)然是(shi)(shi)一(yi)(yi)個挑戰。根據不同的(de)反(fan)(fan)應過(guo)(guo)程(cheng)，我(wo)們可(ke)以(yi)觀察到熔(rong)融鹽(yan)(yan)降解情況發生，這是(shi)(shi)將來研(yan)究中要解決(jue)的(de)問題(ti)。”直接(jie)在(zai)熔(rong)融鹽(yan)(yan)內部進行化學反(fan)(fan)應的(de)優點是(shi)(shi)更好的(de)熱(re)效率，因為可(ke)以(yi)直接(jie)使(shi)(shi)用熱(re)量而無需熱(re)交換器(qi)。