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根据斯坦福大学最近在PNAS Nexus上领导的研究，可以追溯到青铜时代的技术可能提供一种快速而廉价的解决方案，有助于实现联合国到 2050 年净零排放的气候目标。
该技术涉及将吸热砖组装在隔热容器中，它们可以储存太阳能或风能产生的热量，以便在工业生产所需的温度下使用。然后，当需要时，可以通过空气通过“耐火砖”堆中的通道释放热量，从而使水泥、钢铁、玻璃和造纸厂即使在没有风和阳光的情况下也能使用可再生能源运行。
这些系统是热能储存的一种形式，最近已有多家公司开始将其商业化用于工业储热。砖块采用的材料与数千年前原始窑炉和炼铁炉内衬的隔热砖相同。为了优化储热效果而非隔热效果，材料以不同的量组合。
电池可以储存来自可再生能源的电力，并根据需要提供电力来产生热量。“耐火砖储存和电池储存的区别在于，耐火砖储存的是热量而不是电能，成本只有电池的十分之一，”首席研究作者、斯坦福大学杜尔可持续发展学院和工程学院土木与环境工程教授马克·雅各布森说。“材料也简单得多。它们基本上只是泥土的成分。”
高蓄热
许多行业都需要高温热量来制造。工厂的温度至少需要达到 1,300 摄氏度（接近 2,400 华氏度）才能生产水泥，而玻璃、铁和钢的生产温度则需要达到 1,000 摄氏度（约 1,800 华氏度）或更高。根据 Jacobson 和合著者 Daniel Sambor 的计算，如今全球约 17% 的二氧化碳排放量来自燃烧化石燃料为工业过程提供热量。利用可再生能源产生工业热量几乎可以消除这些排放。
“通过以最接近最终用途的形式储存能源，可以减少能源转换效率低下的问题，”土木与环境工程博士后学者 Sambor 说道。“我们这个领域常说‘如果你想要热水淋浴，就储存热水，如果你想要冷饮，就储存冰块’；因此这项研究可以总结为‘如果你需要工业用热，就把它储存在耐火砖中’。”
大幅节省
研究人员着手研究在假设的未来，即每个国家都转向使用风能、地热能、水力发电和太阳能作为所有能源用途的情况下，使用耐火砖储存大部分工业过程热量的影响。这 149 个国家占全球化石燃料二氧化碳排放量的 99.75%。“我们的研究是第一项以耐火砖作为解决方案的一部分来研究可再生能源大规模转型的研究，”雅各布森说。“我们发现耐火砖可以更快、更低成本地过渡到可再生能源，这对每个人的健康、气候、就业和能源安全都有帮助。”
研究团队使用计算机模型比较了两种假设未来情景的成本、土地需求、健康影响和排放，即 2050 年 149 个国家将可再生能源用于所有能源用途。在一种情景中，耐火砖提供 90% 的工业过程热量。在另一种情景中，工业过程完全不使用耐火砖或其他形式的热能储存。在无耐火砖情景中，研究人员假设工业过程的热量将来自电炉、加热器、锅炉和热泵，并使用电池为这些技术储存电力。
研究人员发现，与没有耐火砖储存的情景相比，使用耐火砖的情景可以使149 个国家的资本成本减少1.27 万亿美元，同时减少对电网能源的需求和对电池储能容量的需求。
清洁能源，更洁净的空气
加速向清洁能源转型的解决方案也与人类健康有关。先前的研究表明，燃烧化石燃料造成的空气污染每年导致数百万人过早死亡。“我们用电力替代的每一点燃烧燃料都会减少空气污染，”雅各布森说。“而且由于高速转型的资金有限，整个系统的成本越低，我们实施的速度就越快。”
雅各布森的职业生涯一直致力于研究空气污染和气候问题，并为国家、州和城市制定能源计划以解决这些问题。但他对耐火砖的关注相对较新，灵感来自寻找可以快速采用的有效解决方案的愿望。
“想象一下，如果我们提出一种昂贵且困难的向可再生电力过渡的方法，那么很少有人会接受。但是，如果这种方法比以前的方法更省钱，那么它将得到更快的实施，”他说。“让我兴奋的是，它的影响非常大，而我研究过的很多技术的影响都很有限。在这里，我可以从多个角度看到低成本的巨大好处，从帮助减少空气污染死亡率到让世界更容易向清洁可再生能源过渡。”
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发表于 2024-8-5 08:07:52