太陽(yáng)能爐冶煉金屬

呂吉爾/編譯

瓦爾帕萊索大學(xué)設(shè)計(jì)的用以冶煉金屬的太陽(yáng)能爐

矗立在印第安納州加里地區(qū)的百年鋼鐵企業(yè)的高爐，為20世紀(jì)的美國(guó)的崛起提供了動(dòng)力——它們冶煉的金屬鍛造了數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的汽車零部件。現(xiàn)在，距瓦爾帕萊索大學(xué)不到50公里處，科學(xué)家建造起一座太陽(yáng)能爐，希望用它生產(chǎn)用于汽車零部件制造的輕質(zhì)低碳鎂合金，以及給綠色氫能車輛提供動(dòng)力。

瓦爾帕萊索大學(xué)的機(jī)械工程學(xué)教授斯高特·鄧肯（Scott Duncan）說(shuō)：“我們的目標(biāo)是減少90%的礦物燃料能耗和減少93%的碳排放。”他的團(tuán)隊(duì)從美國(guó)能源部獲得了230萬(wàn)美元經(jīng)費(fèi)用于開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，美國(guó)科學(xué)基金會(huì)也給予瓦爾帕索大學(xué)30萬(wàn)美元的制氫項(xiàng)目資助。

雖然這些技術(shù)尚處于起步階段，但顯示了可持續(xù)能源在能源密集型制造業(yè)取代礦物燃料的一個(gè)跡象。目前，汽車制造商們都面臨著來(lái)自聯(lián)邦燃料經(jīng)濟(jì)法規(guī)的壓力，該法規(guī)要求在2025年前把車輛的能耗降至每加侖燃料行駛54.5英里。而滿足這一要求的途徑之一是打造重量更輕的車輛。鄧肯舉例說(shuō)，鎂要比鋁輕大約35%。美中不足的是，鎂的生產(chǎn)能耗大，碳排放也大。目前，三分之二以上的鎂合金在中國(guó)生產(chǎn)。

太陽(yáng)能爐可用來(lái)生產(chǎn)綠色鎂合金。在瓦爾帕萊索大學(xué)校園里，一面20×20英尺的“定日鏡”已被安裝在一個(gè)橢圓形建筑物外的基座上（太陽(yáng)能爐在該建筑內(nèi)，也是美國(guó)迄今建造的五個(gè)太陽(yáng)能爐之一）。與那些太陽(yáng)能熱電站把陽(yáng)光聚焦在一個(gè)充滿液體的熱水爐相類似，通過(guò)定日鏡，將陽(yáng)光投射進(jìn)建筑物內(nèi)的由306面小鏡子組成的太陽(yáng)能聚熱器上，聚熱器隨后將陽(yáng)光強(qiáng)度放大并集中到太陽(yáng)能爐（也稱做反應(yīng)器）上，進(jìn)而可獲得超過(guò)1 650℃的高溫。

將氧化鎂與熔鹽混合，然后將其在高溫下加熱就可獲得金屬鎂。鄧肯說(shuō)：“只要投入少量的電，鎂就會(huì)浮上來(lái)。”當(dāng)然，礦物燃料也會(huì)產(chǎn)生這樣的高溫，但瓦爾帕萊索大學(xué)的目標(biāo)是利用太陽(yáng)能取代礦物燃料。迄今，他們通過(guò)電加熱器在實(shí)驗(yàn)室里冶煉出了鎂。如果一切順利的話，瓦爾帕萊索大學(xué)計(jì)劃在明年年底前用太陽(yáng)能爐冶煉鎂金屬。

美國(guó)能源部在宣布給瓦爾帕萊索大學(xué)資助的聲明中稱：“在車輛中推廣使用鎂合金——在不影響性能和安全的前提下——將會(huì)顯著地減少交通運(yùn)輸領(lǐng)域的燃料消耗和二氧化碳排放。”

而用氫能作為動(dòng)力，理論上汽車的碳排放可降至零。汽車制造商們已經(jīng)開始在加州推出氫燃料電池車輛：把氫轉(zhuǎn)換成電能用來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛。目前，大部分氫的制備是利用天然氣，也可以通過(guò)電解處理的方法加以制備。而利用太陽(yáng)能電池板發(fā)電，可獲得可持續(xù)性的氫。

瓦爾帕萊索大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授羅伯特·帕隆博（Robert Palumbo）及其在桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的同事認(rèn)為，利用太陽(yáng)能制氫將是一個(gè)更加高能效的方法。

有人設(shè)想：用太陽(yáng)能爐把氧化鐵加熱到1 400℃，然后置于水中以此作為催化劑生產(chǎn)氫。帕隆博為此設(shè)想，在美國(guó)西南部陽(yáng)光充足的沙漠中建造太陽(yáng)能反應(yīng)器來(lái)生產(chǎn)這樣的催化劑，然后運(yùn)到城市里去制氫，用后再運(yùn)回沙漠中加工，可持續(xù)利用。

考慮到運(yùn)輸成本等，帕隆博不能確定這種制氫方式最終能否實(shí)現(xiàn)。但他希望，美國(guó)的工業(yè)中心地帶也能像硅谷那樣源源不斷地“創(chuàng)新”。