五种热能大挑战，用于脱碳世界经济

由Mark Golden.

太阳能和风力是解决气候变化问题的重要组成部分，但这些可再生技术在他们自己的可能永远不会为许多工业过程提供能源，如制造钢铁。

铁在1,500摄氏度的钢厂炉中熔炼
（2,732华氏度）。（图片信用：Eugen Nosko）。

世界上大约90％的能源用途涉及发热的产生或操纵，包括冷却建筑物和食物。根据A的情况，在减轻气候变化的同时保持现代经济体和改善发展中经济体的生活将需要五项重大进展，这是如何转换，储存和传递热能的重要进展新论文自然能源来自马萨诸10bet bwin10博官网塞州斯坦福大学，马萨诸塞州理工学院和劳伦斯伯克利国家实验室。

“现代可再生技术是我们今天所拥有的最便宜的电源来源，但太阳能和风力的间歇性和占世界能源的小百分比，”阿伦马梅尔达尔是三家共同作者之一和机械工程教授。10bet bwin“我们需要增加这一百分比，但我们也必须脱碳，并使用热量来储存来自太阳能和风的电力。”

分析强调了迫切需要研究和开发热技术突破，其潜在的潜力通过至少一个Gigaton减少温室气十博网站怎么进入体排放。一只Gigaton在全球范围内大约3％的能量相关温室气体排放量。

Arun Majumdar（图片信用：斯坦福10bet bwin
大学）

“我们作为一种物种危及我们竖立的基础设施，以提高我们的生活质量，”共同作者说Asegun Henry.，麻省理工学院机械工程副教授。“历史上有一些实例在科学家和工程师聚集在一起并在非常短的时间范围内实现了非常显着的东西。这必须是其中一个时代。“

热量作为储能

热电工程中的一个主要挑战是在多天内将过量的风和太阳能存储在热能，然后在需要时将其转换回电。充分脱碳将减少人工制造，全球温室气体排放约四分之一。从间歇性再生能源获得70％或更多的电力需要大量添加电力储存。扩展最常见的电流技术，泵送水力储存，受到地理的限制，锂离子电池太昂贵，可在多天内存储多余的可再生能力。

“热能储存的主要优势是其在大规模成本低的潜力，”共同作者说拉维斯赫赫，劳伦斯伯克利国家实验室的能源技术副实验室主任。

ASEGUN HENRY（图片信用：麻省理工学院机械）

“虽然将电力转换为热量相对容易，”PrAsher解释说“，热能储存的关键挑战是将热量转换回电时的大效率损失。”

研究人员的结论，几个大规模的热量储存技术仍处于早期发展，因此必须继续探索使用其他热储存材料和机制的竞争技术。十博网站怎么进入

“Even though the round-trip efficiency maybe only 50 percent to 60 percent, the cost could be within the needed range of less than $10 per kilowatt-hour,” said Majumdar, who is also a co-director of Stanford’s Precourt Institute for Energy.

工业和制冷

另一个大挑战是在工业过程中产生的极端热量，如制造水泥，钢，铝和氢。工业部门的温室气体排放量占全球排放量的15％以上，其中大多数与在100至1,000摄氏度的温度下提供热量，（212至1,832华氏度）。

拉维斯赫赫尔（图片学分：劳伦斯
伯克利国家实验室）

随着可再生电力的迅速降低和潜在的温室气体的氢气成本，通过使用这种分析，可以通过使用电阻加热器或氢气燃烧器来表示，工业部门可以想到。然而，重要的科学和工程挑战仍然存在。对于间歇性再生电力，需要开发便宜的高温存储或低容量因子熔炉。

第三个大挑战是热谱的反法：制冷。目标是为食物和空调发明制冷剂，而无需当今氢氟烃泄漏，这是一套极其强大的温室气体。Majumdar表示，成功的新制冷剂必须是不易燃，无毒的，价格实惠的，并且最好是今天系统的解决方案。

“随着新兴经济体的制冷和冷却的兴起，这是一个重大挑战，”亨利说。

在许多发展中经济体中，对空调的不断增长的需求是关于减少湿度，如温度，所以新的制冷剂也必须实现这一目标，普拉赫表示。或者，可以开发新技术以从冷却中脱离除湿。

建筑物和热量运输

住宅和商业建筑的空间和水供暖负责美国温室气体排放量的6％以上。可以进行热量和阻塞的新建筑材料 - 需要降低加热和冷却的能量。研究人员表示，控制建筑物壳体中的热线导热的能力可以节省10％至40％的温室气体排放量，这代表了另一个值得挑战的挑战。十博网站怎么进入

最后，一个特别大的挑战是发展能够在很小的能量损失中传播热量的热量。今天蒸汽实现了这一点，但这不是所需的规模或距离。这里的目标是开发电力线的热量相同 - 一种使用最小设备和材料运输大型兆瓦级热的有效方法。热超导体的发现可以实现这一点，但在大规模上部署一个的实用性尚不清楚。据研究人员称，另一种潜在的研究大道是十博网站怎么进入发现具有可逆化学反应的新型可泵送流体，以在化学品中传递能量而不是热形式。

“在热科学和工程中没有突破的深度脱碳似乎可能是不可思议的，但研究人员和资助者的关注并没有反映出来，”萨默尔德说。十博网站怎么进入“我们希望这种分析将是对更广泛的研发社区采取行动的呼吁。”