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【中國(guó)鐵合金網(wǎng)訊】由于人口數(shù)量的增長(zhǎng)，人均能源消耗量不斷增加，全球?qū)δ茉吹男枨笠搽S之加大。預(yù)計(jì)到2035年，人類對(duì)所有能源的需求都將會(huì)大幅提高。同時(shí)，能源消耗的地理格局也正在發(fā)生變化，礦物燃料的價(jià)格隨之會(huì)經(jīng)歷更大的波動(dòng)。雖然可再生能源的應(yīng)用增長(zhǎng)迅速，但它要成為全球能源使用主流，恐怕還需要一段時(shí)間。既要設(shè)定富有雄心的目標(biāo)，又要采取切實(shí)可行的行動(dòng)，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(huì)導(dǎo)致全球二氧化碳排放增多，長(zhǎng)期來(lái)看，排放可能會(huì)導(dǎo)致全球氣溫上升3.5℃。解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于更具有可持續(xù)性的生活方式，恢復(fù)與修復(fù)已遭到破壞的生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)建智能城市以及創(chuàng)新信息交流技術(shù)。應(yīng)對(duì)氣候變化和能源需求增長(zhǎng)這兩大挑戰(zhàn)的創(chuàng)新成果也帶來(lái)新的商機(jī)。全球變暖的應(yīng)對(duì)措施包括改變能源生產(chǎn)模式，以及在能源生產(chǎn)、輸送和使用方面尋求更高效的新方法。在能源生產(chǎn)峰值期與需求峰值期之間如何儲(chǔ)存能源也是一個(gè)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題雖然尚不普遍，但已現(xiàn)端倪。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，在能源供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，全球的投資額將要達(dá)到38萬(wàn)億美元，其中三分之二將發(fā)生在發(fā)展中國(guó)家。

鎳在可再生能源的生產(chǎn)中扮演著關(guān)鍵的角色，它讓相關(guān)技術(shù)在應(yīng)對(duì)氣候變化的工作中發(fā)揮了核心作用。一座大型的風(fēng)輪機(jī)一般會(huì)用到500千克的鎳。許多新型的能源方案都應(yīng)用了鎳，例如燃料電池、聚光太陽(yáng)能發(fā)電和燃料乙醇等。而含鎳不銹鋼的抗腐蝕特質(zhì)使得供暖系統(tǒng)能高效運(yùn)行。

鎳與能源

鎳和鎳合金在全球能源經(jīng)濟(jì)的每個(gè)方面都有重要作用。上個(gè)世紀(jì)，不銹鋼在燃料和電力的提煉和生產(chǎn)中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，也日漸成為了生產(chǎn)“綠色”能源的必備材料。社會(huì)的未來(lái)所依賴的正是創(chuàng)新的和可再生的能源，現(xiàn)有知識(shí)和技術(shù)向新能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移也將會(huì)越來(lái)越重要。含鎳合金強(qiáng)度與抗腐蝕性于一體，無(wú)論用何種技術(shù)，都能在苛刻的環(huán)境下發(fā)揮關(guān)鍵作用。

可再生燃料技術(shù)將需要更多金屬材料。荷蘭萊頓大學(xué)的一項(xiàng)調(diào)查顯示，各種原材料（包括鎳）的供應(yīng)量必須大幅提高，以滿足光伏太陽(yáng)能板和利用生物質(zhì)及風(fēng)能的需求。

高效供暖系統(tǒng)

在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體中，現(xiàn)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(shí)到了節(jié)省能源、提高家居耗能效率的必要性。

當(dāng)前，市面上最高效的就是“冷凝式”的鍋爐和供暖爐。與標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)相比，這類系統(tǒng)能節(jié)省35%的能耗。冷凝式鍋爐和供暖爐采用了最先進(jìn)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(zhì)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(tǒng)不及能源效率高，而且維護(hù)需求也很低。

可再生能源

鎳在可再生能源的生產(chǎn)中扮演著關(guān)鍵的角色，它讓清潔能源在應(yīng)對(duì)氣候變化的工作中發(fā)揮核心作用。

水平軸風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)作原理是捕捉風(fēng)的動(dòng)能，并把它轉(zhuǎn)化為機(jī)械能�，F(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)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(yùn)作過(guò)程中，設(shè)備的溫度可能會(huì)到達(dá)-20°C。因此，在鑄造過(guò)程中加入鎳元素，就能保證輪機(jī)的耐低溫性。只有極少數(shù)元素能在加強(qiáng)鑄鐵強(qiáng)度的同時(shí)又讓它不會(huì)變脆，而鎳就是其中一種。一臺(tái)由45噸鑄鐵制成的風(fēng)輪機(jī)中，一般會(huì)包含了將近半噸的鎳。風(fēng)能非常具有發(fā)展?jié)摿�，而鎳合金鑄件則能把這股潛力轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。

太陽(yáng)能在全世界的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但它面臨兩個(gè)主要挑戰(zhàn):一是如何儲(chǔ)存日間生產(chǎn)的能量，以供夜間使用；二是如何能把太陽(yáng)能輸送至需求點(diǎn)。而通過(guò)使用含鎳不銹鋼，把聚光太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與熔鹽結(jié)合起來(lái)，就能解決這兩個(gè)問(wèn)題。這類太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)聚集太陽(yáng)能以產(chǎn)生蒸汽，然后用蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)來(lái)發(fā)電。熔鹽是一種儲(chǔ)熱介質(zhì)，能長(zhǎng)時(shí)間高效儲(chǔ)存熱能。在發(fā)電的整個(gè)運(yùn)行周期里，熔鹽都能保持液態(tài)，哪怕溫度高過(guò)500°C(大部分高效的蒸汽輪機(jī)都能達(dá)到這個(gè)溫度)。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程都會(huì)用到以含鎳不銹鋼制成的管道、閥門和容器，它們的特質(zhì)保證了設(shè)備能承受高溫，并且不受熔鹽侵蝕。

使用含鎳材料促進(jìn)了工程技術(shù)的進(jìn)步，使大規(guī)模高效工程得以實(shí)施。安裝在發(fā)電機(jī)組頂部的水輪組從導(dǎo)水管接受水流，使水流發(fā)揮其初始的、關(guān)鍵性的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。使用含鎳不銹鋼，水輪就能按最高耐受性設(shè)計(jì)和制造，使每個(gè)水輪都能讓作用于該裝置的水的流量和壓力達(dá)到最大化。只有這樣，水流的動(dòng)能才能發(fā)揮最大效率，并得到充分利用。除此以外，鎳合金的強(qiáng)韌性還能把水流的沖蝕程度降至最低，使水輪能有更長(zhǎng)時(shí)間保持其最佳的角度和曲面。

如今，使用可再生的乙醇來(lái)取代傳統(tǒng)燃料的做法也越來(lái)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(shù)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(guò)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(guò)電解水來(lái)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(yīng)對(duì)能源和環(huán)境的挑戰(zhàn)，研究員們研制了一個(gè)含有鎳的觸媒替代配方，效用與鉑類似，大有發(fā)展前途。但是，這些植物原料在轉(zhuǎn)換成可用的乙醇之前，必須要經(jīng)過(guò)前期處理。大部分的前期處理工序都需要在苛刻的環(huán)境下進(jìn)行，還會(huì)用到腐蝕性的物質(zhì)——其中一種常用的化學(xué)劑就是硫酸。因此，在處理過(guò)程中用到的生產(chǎn)設(shè)備必須要極其耐用，還要有極強(qiáng)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(qiáng)韌性和抗腐蝕性。一座核反應(yīng)堆一般會(huì)用到20種不同的鎳合金部件，例如反應(yīng)堆的內(nèi)部組件、蒸汽發(fā)生器的導(dǎo)管以及制冷劑和熱水管道等。一些老式的核反應(yīng)堆在建設(shè)過(guò)程中安裝了碳鋼管道，如今都不免出現(xiàn)了腐蝕的問(wèn)題。新一代的核反應(yīng)堆吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在選擇材料時(shí)會(huì)留意材料是否適用于這類應(yīng)用和操作環(huán)境。

潔凈煤

燒煤是空氣污染和二氧化碳排放的最大來(lái)源之一。研究員們已經(jīng)研制出新技術(shù)，保證燃煤發(fā)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(guò)在“濕式除塵器”中使用不銹鋼和鎳合金，燃煤發(fā)電站就能收集煤炭中含有的、在煤燃燒過(guò)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(qiáng)韌，又能在高溫和酸性的煙囪環(huán)境中免受腐蝕。

為了要捕集碳并且讓它保持固態(tài)，避免其排放到大氣中，研究員們?cè)谔疾都头獯?CCS)技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究和開(kāi)發(fā)。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(huán)境中進(jìn)行處理，環(huán)境溫度也會(huì)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(xué)探索發(fā)展迅速，電池技術(shù)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(yīng)用在無(wú)線設(shè)備、手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和汽車等設(shè)備當(dāng)中，或者作為后備電源使用。與標(biāo)準(zhǔn)的堿性電池對(duì)比起來(lái)，可充電的鎳氫電池持續(xù)時(shí)間要長(zhǎng)得多，而且還能重復(fù)使用數(shù)百次，長(zhǎng)期使用不僅能省錢，而且還能保護(hù)環(huán)境。除了在電池化學(xué)中發(fā)揮積極作用以外，鎳也是斷路器的一個(gè)重要組分，是電池安全機(jī)制的一部分。斷路器中有一塊由鎳和樹(shù)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(jì)四十年代首次面世。在添加了鎳這一活性金屬后，電池化學(xué)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(jìn)一步加大，充電使用周期可達(dá)數(shù)千次，在壽命終結(jié)時(shí)還能完全回收。它的工業(yè)用途非常廣泛，特別是用于收集和儲(chǔ)存風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能和其他新能源。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)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(jié)時(shí)，循環(huán)回收是非常重要的。通過(guò)回收電池，我們能循環(huán)再用鎳等重要材料，從而降低對(duì)新礦物材料的需求。這不僅能減少資源消耗，還能節(jié)約能源。

硫酸制造

硫酸的生產(chǎn)規(guī)模比世界上任何化學(xué)品都要大。由于硫酸在工業(yè)中用途廣泛，因此它的人均使用量也往往是衡量國(guó)家工業(yè)水平的指標(biāo)。在過(guò)去的30年里，硫酸的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)歷了重大變革。如今，它已經(jīng)與環(huán)境保護(hù)密切相關(guān)。所有的石油和天然氣礦藏中都天然地蘊(yùn)藏著硫。因此，這些化石燃料在燃燒時(shí)會(huì)釋放出二氧化硫氣體。排放出的這些氣體會(huì)在大氣層中發(fā)生反應(yīng)，形成酸雨。早在二十世紀(jì)八十年代，各國(guó)政府就開(kāi)始規(guī)管二氧化硫的排放。從那時(shí)開(kāi)始，工業(yè)界就開(kāi)始采用包括含鎳不銹鋼的治理技術(shù)，在燃燒過(guò)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(zhì)，能承受濃酸和高溫，是制作管道、儲(chǔ)存罐和冷卻罐的關(guān)鍵材料，能讓這個(gè)重要的化學(xué)工序順利進(jìn)行。目前通過(guò)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?dú)w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(fù)生機(jī)。

（轉(zhuǎn)自中國(guó)有色網(wǎng)）

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