革命性創(chuàng)新工藝:利用太陽能生產(chǎn)水泥

　　新工藝可利用50%的太陽能，不排放二氧化碳，而是加熱和電解石灰石，制成石灰、氧氣、碳或者一氧化碳。大型菲涅爾透鏡聚焦太陽光，把石灰石加熱到900°C。同時利用太陽能電池發(fā)電，分解石灰石，形成石灰，以制備水泥。

　　喬治?華盛頓大學(xué)(Washington University)的研究人員使用螺栓，把笨重的奇妙裝置連接在一起，他們說可以有效利用陽光能量，驅(qū)動新穎的化學(xué)過程，制成石灰，石灰是水泥的主要成分，這樣做不排放二氧化碳。這種設(shè)備可以利用大約一半的陽光能量。相比之下，太陽能電池板只能把15%的陽光能量轉(zhuǎn)換成電能。

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　　巖石粉碎器：兩個大型菲涅爾透鏡(Fresnel lenses)聚焦太陽光，加熱石灰石，使達(dá)到900°C。較小的透鏡把光線聚焦到小型太陽能電池上，可產(chǎn)生足夠的電力，分解石灰石，形成石灰，以制備水泥，副產(chǎn)品是氧氣和石墨。

　　僅水泥生產(chǎn)排放就占人為溫室氣體總量的5%至6%，而且大部分排放是因為生產(chǎn)石灰。傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)中，有些溫室氣體排放是因為使用化石燃料，要加熱石灰石達(dá)到高溫，大約1500°C。取代化石燃料，采用可再生能源是簡單的，但不一定經(jīng)濟(jì)。新的研究集中解決更困難的問題。水泥生產(chǎn)過程中，約60%的二氧化碳排放量是這一過程所固有的。石灰的生產(chǎn)需要加熱石灰石，也就是碳酸鈣(calcium carbonate)，直到它釋放二氧化碳。 新工藝改變了這一化學(xué)過程。它不是排放二氧化碳，而是轉(zhuǎn)換這種氣體，結(jié)合加熱和電解，制成氧氣、碳或者一氧化碳，這要取決于所采用的溫度。碳和一氧化碳都是有用的產(chǎn)品，不這樣的話，就要用化石燃料生產(chǎn)。 為了使電解更實用，研究人員混合固體碳酸鈣與液體碳酸鋰(lithium carbonate)，碳酸鋰熔融溫度要最有利于這一過程，大約是900°C。這種液態(tài)形式有利于電解。升高溫度會降低電解所需的電量，使石灰沉淀出混合物，這樣就很容易收集。在較低溫度下，石灰可溶性更強(qiáng)，所以不會沉淀。 為了演示這個過程，研究人員制作了一款設(shè)備，包括三個菲涅爾透鏡，用于聚焦太陽光。兩個透鏡加熱混合的碳酸鋰和石灰石。這些是最大的透鏡。它們的相對大小反映了一個事實，就是這一過程中所需的大部分能量是用于加熱混合物。第三個是較小的透鏡，把光線聚焦到高效率太陽能電池上，可提供相對少量的電力，用以電解炙熱的碳酸鹽混合物。 這一設(shè)備只是一個概念循證產(chǎn)品，不準(zhǔn)備商業(yè)化。它體積小，而且只有在陽光充足時才能運(yùn)行，間歇性運(yùn)行是一種不理想的工業(yè)生產(chǎn)方法。研究人員建議，使用熔鹽儲存熱能，這種系統(tǒng)用于一些太陽能熱電站。這就使這一工藝可以晝夜運(yùn)行。電力產(chǎn)生要用熱量產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動渦輪機(jī)，就像太陽能熱發(fā)電廠那樣，也可采用任何其他電力來源。 斯圖亞特?利希特(Stuart Licht)是喬治?華盛頓大學(xué)的化學(xué)教授，他領(lǐng)導(dǎo)這項研究，他估計，這一工藝如果可以擴(kuò)大規(guī)模，就會比傳統(tǒng)的石灰生產(chǎn)更便宜。他說，這比太陽能電池板更有效，因為它使用的部分太陽光譜，太陽能電池不能有效地轉(zhuǎn)換成電能。 這一工藝仍然需要大量的能量，C12能源公司(C12 Energy)首席執(zhí)行官庫爾特?豪斯(Kurt House)說，他開發(fā)了低碳混凝土生產(chǎn)工藝。他說：“這歸根究底要看你想如何使用太陽能。 如果效率一樣好，就像他們說的那樣，那我就同意，這是非常非常有趣的，但我仍然懷疑?！?/p>