革命性创新工艺:利用太阳能生产水泥

　　新工艺可利用50%的太阳能，不排放二氧化碳，而是加热和电解石灰石，制成石灰、氧气、碳或者一氧化碳。大型菲涅尔透镜聚焦太阳光，把石灰石加热到900°C。同时利用太阳能电池发电，分解石灰石，形成石灰，以制备水泥。

　　乔治•华盛顿大学(Washington University)的研究人员使用螺栓，把笨重的奇妙装置连接在一起，他们说可以有效利用阳光能量，驱动新颖的化学过程，制成石灰，石灰是水泥的主要成分，这样做不排放二氧化碳。这种设备可以利用大约一半的阳光能量。相比之下，太阳能电池板只能把15%的阳光能量转换成电能。

　　

 

　　岩石粉碎器：两个大型菲涅尔透镜(Fresnel lenses)聚焦太阳光，加热石灰石，使达到900°C。较小的透镜把光线聚焦到小型太阳能电池上，可产生足够的电力，分解石灰石，形成石灰，以制备水泥，副产品是氧气和石墨。

　　仅水泥生产排放就占人为温室气体总量的5%至6%，而且大部分排放是因为生产石灰。传统的水泥生产中，有些温室气体排放是因为使用化石燃料，要加热石灰石达到高温，大约1500°C。取代化石燃料，采用可再生能源是简单的，但不一定经济。新的研究集中解决更困难的问题。水泥生产过程中，约60%的二氧化碳排放量是这一过程所固有的。石灰的生产需要加热石灰石，也就是碳酸钙(calcium carbonate)，直到它释放二氧化碳。 新工艺改变了这一化学过程。它不是排放二氧化碳，而是转换这种气体，结合加热和电解，制成氧气、碳或者一氧化碳，这要取决于所采用的温度。碳和一氧化碳都是有用的产品，不这样的话，就要用化石燃料生产。 为了使电解更实用，研究人员混合固体碳酸钙与液体碳酸锂(lithium carbonate)，碳酸锂熔融温度要最有利于这一过程，大约是900°C。这种液态形式有利于电解。升高温度会降低电解所需的电量，使石灰沉淀出混合物，这样就很容易收集。在较低温度下，石灰可溶性更强，所以不会沉淀。 为了演示这个过程，研究人员制作了一款设备，包括三个菲涅尔透镜，用于聚焦太阳光。两个透镜加热混合的碳酸锂和石灰石。这些是最大的透镜。它们的相对大小反映了一个事实，就是这一过程中所需的大部分能量是用于加热混合物。第三个是较小的透镜，把光线聚焦到高效率太阳能电池上，可提供相对少量的电力，用以电解炙热的碳酸盐混合物。 这一设备只是一个概念循证产品，不准备商业化。它体积小，而且只有在阳光充足时才能运行，间歇性运行是一种不理想的工业生产方法。研究人员建议，使用熔盐储存热能，这种系统用于一些太阳能热电站。这就使这一工艺可以昼夜运行。电力产生要用热量产生蒸汽，驱动涡轮机，就像太阳能热发电厂那样，也可采用任何其他电力来源。 斯图亚特•利希特(Stuart Licht)是乔治•华盛顿大学的化学教授，他领导这项研究，他估计，这一工艺如果可以扩大规模，就会比传统的石灰生产更便宜。他说，这比太阳能电池板更有效，因为它使用的部分太阳光谱，太阳能电池不能有效地转换成电能。 这一工艺仍然需要大量的能量，C12能源公司(C12 Energy)首席执行官库尔特•豪斯(Kurt House)说，他开发了低碳混凝土生产工艺。他说：“这归根究底要看你想如何使用太阳能。 如果效率一样好，就像他们说的那样，那我就同意，这是非常非常有趣的，但我仍然怀疑。”