一些初创公司认为，对于许多高碳排放的国家来说，能够储存热量的砖块可能是实现能源可再生化的关键。
无论是生产钢铁还是制作婴儿食品，许多产品制造行业都需要大量的热量——目前大部分热量都是通过燃烧天然气等化石燃料产生的。重工业约占全球排放量的四分之一，而我们熟知的风能和太阳能，虽然产生的温室气体较少，但它们并不能持续产生工厂生产其产品所需的热量。
越来越多的公司正在努力部署一种系统，可以捕获清洁电力产生的热量，并将其储存在成堆的砖块中。这些系统有的并不复杂，其设计甚至称得上简单，所用材料也已经商用多年，它们可以在任何需要的地方快速建造。
(资料图片仅供参考)
今年早些时候，加州进行了一场有关蓄热系统的演示，其他测试系统也正紧锣密鼓地铺开。尽管蓄热系统还处于早期阶段，但它们有潜力帮助工业摆脱化石燃料。
未来的“烤面包机”
蓄热电池（系统）的关键潜力是它们的简单性。加州热能存储初创公司 Rondo Energy 公司的 CEO 约翰·奥唐纳（John O’Donnell）说：“如果你想达到更大的规模，那么每个人都应该认可它既可靠，又无趣。”
（来源：STEPHANIE ARNETT/MITTR | GETTY）
2023 年 3 月，这家初创公司在加州的一家乙醇工厂部署了首个商业试点项目。它本质上是一堆精心设计的砖块。在 Rondo 的系统中，电能会经过一个加热元件，在那里它被转化为热量。奥唐纳说，这和烤面包机使用的机制是一样的，只是尺寸更大、温度更高。热量会通过砖块堆散发出来，使它们升温到 1500 摄氏度以上。
砖块所在的绝缘钢容器可以让它们保持高温数小时，甚至数天。当需要使用捕获的热量时，再用风扇将空气吹过砖块。当空气通过缝隙时，其温度最高可升至 1000 摄氏度。奥唐纳说，如何使用这些热量将取决于商业过程，许多设施可能会利用它将水转化为高压蒸汽。
Rondo 在加州一家生物燃料工厂的试点项目中，生产乙醇的发酵过程中会用到生成的蒸汽。许多其他工业过程使用蒸汽来控制反应器中的温度或者用于净化过程。蓄热系统也可用于目前不使用蒸汽的高温制造过程，比如水泥和钢铁生产，它们所需的温度也超过 1000 摄氏度。
许多工业流程每天 24 小时运行，所以它们需要持续加热。通过严格控制传热过程，Rondo 的系统可以快速充电，可以在短时间内充分利用可再生能源的廉价特性。这家初创公司的电池可能需要大约 4 个小时充电，才能昼夜不停地提供热量。
“海量”的热能
蓄热技术面临的主要挑战之一将是建立足够的系统来满足重工业巨大的能源需求。ClimateWorks 的行业高级总监丽贝卡·戴尔（Rebecca Dell）说，该行业使用了“海量”的热能。在工业领域每年使用的能量中，大约四分之三是热量形式的，剩下的四分之一才是电力，而工业热能约占全球能源需求的 20%。
显而易见的是，化石燃料是为这些大规模工业过程提供动力的最经济的方式，但风能和太阳能的价格在过去几十年里下降了 90% 以上。戴尔表示，这为电力在整个行业发挥更大作用打开了大门。奥唐纳说：“我们正处于这个重要的时刻，我们可以停止燃烧物质来获取热量，还能让热量获取更便宜。”
要想在工业中使用廉价的可再生能源，还有其他的潜在选择。一些设施可以调整为直接使用电力，而不是高温。例如，一些公司正在研究用电化学工艺来制造水泥和钢铁，尽管替换现有工厂的所有基础设施可能需要几十年的时间。利用电力产生氢气是另一种潜在的途径，因为氢气反过来可以用来燃烧发电，但在许多情况下，它仍然成本过高，而且效率低下。
任何满足工业领域巨大热量需求的努力都需要大幅扩大发电规模。戴尔说，一个标准的水泥厂需要持续使用大约 250 兆瓦的能源，主要以热量的形式维持。这相当于大约 25 万户居民所用的电力，因此为一个大型工业设施通供电意味着增加相当于一个小城市的电力需求。
一次一块砖
Rondo 并不是唯一一个寻求在工业领域中部署蓄热系统的公司。总部位于加州的 Antora Energy 公司正在利用碳建造蓄热系统，其联合创始人兼首席运营官贾斯汀·布里格斯（Justin Briggs）说：“这超级简单，简直就像是实体积木。”
Antora 的系统不会使用单独的加热元件（Rondo 系统里的“烤面包机线圈”）将电力转化为热量，而是使用碳块作为电阻性加热器，这样它们就会产生和储存热量。
布里格斯解释说，这可以降低成本和复杂性。但这一选择也意味着该系统需要更强的密封性，因为石墨和其他形式的碳可以高温空气中降解。
Antora 计划不仅为工业提供热量，还要提供电力。这家初创公司的方法依赖于热光伏——类似于太阳能电池板的设备。Antora 的设备可以捕获从热碳块辐射出来的热量，将其转化为电能。
虽然热存储系统的效率可以超过 90%，但将热量转化为电力要困难得多。Antora 的设备在供电时的效率下降到不到 50%，与目前使用的许多传统燃气涡轮机一样。Antora 目前正在加州弗雷斯诺建造其第一个试点系统。该系统将达到一个集装箱的大小，并将在今年晚些时候投入使用。
即使使用商业上成熟的材料，蓄热系统也需要一段时间才能向制造商证明其作用，并对工业排放产生有意义的影响。但这项技术可能成为一个新的、气候友好型工业领域的基石。奥唐纳说：“我们拥有向零碳经济转型所需的所有工具。现在是时候建造它们了。”
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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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