Heliogen:聚光太阳能用于熟料烧成还有多远?
除了CEMEX和Synhelion在合作将聚光太阳能(CSP,Concentrating Solar Power)技术创新应用于熟料烧成以降低熟料烧成工艺过程的碳排放外(CEMEX Cement:将利用太阳能煅烧熟料),由全球首富比尔·盖茨注资的第二家基于聚光太阳能技术的初创公司Heliogen正式成立并专注CSP技术的应用开发。
Synhelion Sun-to-Liquid Technology的NSP窑线装置示意图
Heliogen在11月20日宣布,其开发的HelioHeat技术,被纳入《时代》2020年最佳发明奖之列,被认为是2020年度最重要的可持续性技术创新之一。Heliogen项目还是近期美国能源部资助的67个太阳能技术研发项目之一
目前商业化规模的聚光太阳能技术(CSP)能达到的最高温度约为565℃,一般多用于发电或中高温热利用。Heliogen公司表示可将这一温度提升至1000℃以上,在此温度下,该技术可用以替代包括水泥、钢铁和石化产品生产等关键工业流程中化石燃料的使用,并能有效减少碳排放量。
该技术原理被称为HelioMax,其利用人工智能技术、闭环控制系统与计算机视觉软件等来提高定日镜系统的精度,并高度聚拢反射光线,从而实现高温。
Heliogen的Heliomax™ 技术目前正在莫哈韦沙漠(Mojave Desert)进行试验,使用400个巨型镜产生1800℃的高温。Heliomax™ 技术使镜子最终将300KW的功率聚焦到一块黑色碳化硅小板上。
Heliogen技术应用的最大限制是,绝大部分的水泥工厂没有足够的土地和空间来建造Heliomax™ 系统。
该项目目前最大的挑战是开发一个反应堆系统,要求不仅能处理石灰和水泥生料颗粒,还能为石膏、和磷酸盐等非金属矿物提供能源。
这一项目也同时在德国科隆的劳姆法赫特实验室(DLR,Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt of Solar Research in Cologne, Germany)的实验装置上开展研究,主要考量长期运转的可行性,并同时在回转式反应器和流化床反应器开展验证。
众所周知,化工反应过程的放大,对于任何行业或产品从样品变为产品,从实验室走向工业生产都是至关重要的。从实验室公斤级的碳酸钙分解,放大到千吨甚至上万吨级别的石灰石处置量,这将会是一个非常大的挑战。目前DLR实验室验证基本乐观,太阳能热源用于回转窑煅烧是稳定的,最终SOLPART项目的目的是在西班牙的一条水泥窑上开展工业试验。