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【中國鐵合金網訊】由于人口數量的增長，人均能源消耗量不斷增加，全球對能源的需求也隨之加大。預計到2035年，人類對所有能源的需求都將會大幅提高。同時，能源消耗的地理格局也正在發生變化，礦物燃料的價格隨之會經歷更大的波動。雖然可再生能源的應用增長迅速，但它要成為全球能源使用主流，恐怕還需要一段時間。既要設定富有雄心的目標，又要采取切實可行的行動，包括使用可再生能源，并提高資源使用效率。

能源消耗的增加肯定會導致全球二氧化碳排放增多，長期來看，排放可能會導致全球氣溫上升3.5℃。解決問題的關鍵在于更具有可持續性的生活方式，恢復與修復已遭到破壞的生態系統，創建智能城市以及創新信息交流技術。應對氣候變化和能源需求增長這兩大挑戰的創新成果也帶來新的商機。全球變暖的應對措施包括改變能源生產模式，以及在能源生產、輸送和使用方面尋求更高效的新方法。在能源生產峰值期與需求峰值期之間如何儲存能源也是一個問題。這個問題雖然尚不普遍，但已現端倪。國際能源機構預計，在能源供應的基礎設施建設方面，全球的投資額將要達到38萬億美元，其中三分之二將發生在發展中國家。

鎳在可再生能源的生產中扮演著關鍵的角色，它讓相關技術在應對氣候變化的工作中發揮了核心作用。一座大型的風輪機一般會用到500千克的鎳。許多新型的能源方案都應用了鎳，例如燃料電池、聚光太陽能發電和燃料乙醇等。而含鎳不銹鋼的抗腐蝕特質使得供暖系統能高效運行。

鎳與能源

鎳和鎳合金在全球能源經濟的每個方面都有重要作用。上個世紀，不銹鋼在燃料和電力的提煉和生產中發揮了關鍵的作用，也日漸成為了生產“綠色”能源的必備材料。社會的未來所依賴的正是創新的和可再生的能源，現有知識和技術向新能源產業的轉移也將會越來越重要。含鎳合金強度與抗腐蝕性于一體，無論用何種技術，都能在苛刻的環境下發揮關鍵作用。

可再生燃料技術將需要更多金屬材料。荷蘭萊頓大學的一項調查顯示，各種原材料（包括鎳）的供應量必須大幅提高，以滿足光伏太陽能板和利用生物質及風能的需求。

高效供暖系統

在發達經濟體中，現代家庭能源消耗量的60%都是用于加熱和制冷。如今，人們都意識到了節省能源、提高家居耗能效率的必要性。

當前，市面上最高效的就是“冷凝式”的鍋爐和供暖爐。與標準型號相比，這類系統能節省35%的能耗。冷凝式鍋爐和供暖爐采用了最先進的熱交換器，它們能在鍋爐煙氣從煙囪排放之前從中吸收更多的余熱。這些熱交換器一般都是由含鎳不銹鋼制成的，材料和特質使它們能耐受酸性煙氣和冷凝液體的侵蝕。因此，這些供暖系統不及能源效率高，而且維護需求也很低。

可再生能源

鎳在可再生能源的生產中扮演著關鍵的角色，它讓清潔能源在應對氣候變化的工作中發揮核心作用。

水平軸風輪機的運作原理是捕捉風的動能，并把它轉化為機械能。現代風輪機的大部分零件都是以可鍛鑄鐵鑄造而成的，如軸承、旋翼轂、齒輪和底座等。在運作過程中，設備的溫度可能會到達-20°C。因此，在鑄造過程中加入鎳元素，就能保證輪機的耐低溫性。只有極少數元素能在加強鑄鐵強度的同時又讓它不會變脆，而鎳就是其中一種。一臺由45噸鑄鐵制成的風輪機中，一般會包含了將近半噸的鎳。風能非常具有發展潛力，而鎳合金鑄件則能把這股潛力轉化為現實。

太陽能在全世界的應用越來越廣泛，但它面臨兩個主要挑戰:一是如何儲存日間生產的能量，以供夜間使用；二是如何能把太陽能輸送至需求點。而通過使用含鎳不銹鋼，把聚光太陽能發電技術與熔鹽結合起來，就能解決這兩個問題。這類太陽能發電技術聚集太陽能以產生蒸汽，然后用蒸汽驅動汽輪機來發電。熔鹽是一種儲熱介質，能長時間高效儲存熱能。在發電的整個運行周期里，熔鹽都能保持液態，哪怕溫度高過500°C(大部分高效的蒸汽輪機都能達到這個溫度)。整個運行過程都會用到以含鎳不銹鋼制成的管道、閥門和容器，它們的特質保證了設備能承受高溫，并且不受熔鹽侵蝕。

使用含鎳材料促進了工程技術的進步，使大規模高效工程得以實施。安裝在發電機組頂部的水輪組從導水管接受水流，使水流發揮其初始的、關鍵性的旋轉驅動力。使用含鎳不銹鋼，水輪就能按最高耐受性設計和制造，使每個水輪都能讓作用于該裝置的水的流量和壓力達到最大化。只有這樣，水流的動能才能發揮最大效率，并得到充分利用。除此以外，鎳合金的強韌性還能把水流的沖蝕程度降至最低，使水輪能有更長時間保持其最佳的角度和曲面。

如今，使用可再生的乙醇來取代傳統燃料的做法也越來越普遍。纖維素乙醇就是其中一類第二代生物燃料，它的制作原料可以是任何植物，如谷物、稻桿、草或樹木等，甚至可以是城市廢料。與石油類燃料相比，纖維素乙醇可以減少超過85%的溫室氣體排放，因此它特別受歡迎。

氫和燃料電池是新型的替代能源。要通過電解水來有效獲得氫氣的話，需要用到鉑作為觸媒。但鉑極其稀少和昂貴。為了應對能源和環境的挑戰，研究員們研制了一個含有鎳的觸媒替代配方，效用與鉑類似，大有發展前途。但是，這些植物原料在轉換成可用的乙醇之前，必須要經過前期處理。大部分的前期處理工序都需要在苛刻的環境下進行，還會用到腐蝕性的物質——其中一種常用的化學劑就是硫酸。因此，在處理過程中用到的生產設備必須要極其耐用，還要有極強的抗腐蝕性。含鎳不銹鋼和高鎳合金就是非常理想的材料。

核電

核電站使用含鎳不銹鋼和鎳基合金的主要原因是它們具有強韌性和抗腐蝕性。一座核反應堆一般會用到20種不同的鎳合金部件，例如反應堆的內部組件、蒸汽發生器的導管以及制冷劑和熱水管道等。一些老式的核反應堆在建設過程中安裝了碳鋼管道，如今都不免出現了腐蝕的問題。新一代的核反應堆吸取經驗教訓，在選擇材料時會留意材料是否適用于這類應用和操作環境。

潔凈煤

燒煤是空氣污染和二氧化碳排放的最大來源之一。研究員們已經研制出新技術，保證燃煤發電廠能把二氧化硫、二氧化碳和顆粒污染物的排放量控制在最低水平。例如，通過在“濕式除塵器”中使用不銹鋼和鎳合金，燃煤發電站就能收集煤炭中含有的、在煤燃燒過程中釋出的汞。大部分濕式除塵器都以含鎳合金制成，這種材料既強韌，又能在高溫和酸性的煙囪環境中免受腐蝕。

為了要捕集碳并且讓它保持固態，避免其排放到大氣中，研究員們在碳捕集和封存(CCS)技術方面進行了大量的研究和開發。要形成“固”碳的功能(即礦物碳酸化)可能要在腐蝕性的高壓環境中進行處理，環境溫度也會比煙囪溫度要高。在這種情況下，高鎳合金正是不二之選。

電池

充電電池的化學探索發展迅速，電池技術推陳出新，其中包括鋰離子電池、金屬氫化物電池和鈉基電池等。大部分含鎳電池都被應用在無線設備、手機、筆記本電腦、數碼相機和汽車等設備當中，或者作為后備電源使用。與標準的堿性電池對比起來，可充電的鎳氫電池持續時間要長得多，而且還能重復使用數百次，長期使用不僅能省錢，而且還能保護環境。除了在電池化學中發揮積極作用以外，鎳也是斷路器的一個重要組分，是電池安全機制的一部分。斷路器中有一塊由鎳和樹脂制成的薄片，在充電和放電期間，斷路器能把電壓和電流保持在安全水平。

鈉金屬鹵化物電池在二十世紀四十年代首次面世。在添加了鎳這一活性金屬后，電池化學的這一分支更臻完善，使電池更安全、能量密度更大，電池的尺寸和電壓可進一步加大，充電使用周期可達數千次，在壽命終結時還能完全回收。它的工業用途非常廣泛，特別是用于收集和儲存風能、太陽能、潮汐能和其他新能源。這項技術的發展將能讓這些非碳能源的利用變得更可行、更可取。

在電池的使用壽命終結時，循環回收是非常重要的。通過回收電池，我們能循環再用鎳等重要材料，從而降低對新礦物材料的需求。這不僅能減少資源消耗，還能節約能源。

硫酸制造

硫酸的生產規模比世界上任何化學品都要大。由于硫酸在工業中用途廣泛，因此它的人均使用量也往往是衡量國家工業水平的指標。在過去的30年里，硫酸的生產技術經歷了重大變革。如今，它已經與環境保護密切相關。所有的石油和天然氣礦藏中都天然地蘊藏著硫。因此，這些化石燃料在燃燒時會釋放出二氧化硫氣體。排放出的這些氣體會在大氣層中發生反應，形成酸雨。早在二十世紀八十年代，各國政府就開始規管二氧化硫的排放。從那時開始，工業界就開始采用包括含鎳不銹鋼的治理技術，在燃燒過程中回收硫元素，并制成硫酸。含鎳不銹鋼擁有抗腐蝕的特質，能承受濃酸和高溫，是制作管道、儲存罐和冷卻罐的關鍵材料，能讓這個重要的化學工序順利進行。目前通過回收制成的硫占了硫總使用量的70%，大大降低了挖掘新的硫礦物的需求，這部分要歸功于鎳。最重要的是，它還能把二氧化硫的排放量減半，讓大量湖泊和森林恢復生機。

（轉自中國有色網）

• [責任編輯：王可]