镍是如何使清洁动力得以实现的

 

 

生活中的镍

 实现清洁能源 

 
 

风力发电

利用风做动力来源并不是一个新概念:第一台风力磨房建于公元7世纪的伊朗。今天的水平轴风力涡轮机的运行方法与之大体相同,都是通过捕获风动能并将其转化为机械能来实现的。
现代风力涡轮机的大多数部件——轴、转子轮毂、齿轮和底座板,都是用可锻铸铁铸造的。铸造过程中添加了镍以确保涡轮机能耐低温,过程中温度有时低至-20℃。镍是少数几种能够强化铸铁而不会同时使之变脆的元素之(若加硅等元素,就会使之变脆)。一台由45吨铁铸成的涡轮机通常要含有约半吨镍。
 

根据政府间气候变化工作组的消息,在过去的十年中,风力涡轮机的安装量每年增长率已达30%。风能的未来大有前途,而含镍合金铸钢可助力实现。

 

太阳能发电

太阳能的利用在全世界正变得更加广泛,但仍存在两大主要挑战:如何存储白天产生的电能以便夜间使用,和如何把电能送到需要的地方去。这两个困难都有可能通过由聚光太阳能(CSP)加热的熔盐和含镍不锈钢的使用解决。
 

 

当我们泵入海水用作化工厂的冷却水,或通过海水淡化工艺来生产饮用淡水,或将其用于近海石油平台对石油进行处理时,就必须考虑泵入海水的腐蚀作用。

聚光太阳能(CSP)技术聚集太阳能以产生蒸汽,蒸汽推动涡轮机发电。但这与熔盐和不锈钢有什么关系呢?

熔盐是一种储热媒,它在一定时间内可以有效保存热能。在发电厂的整个运行回路中,熔盐始终保持液态,甚至在500℃以上时也是如此,而这正是最高效的蒸汽涡轮机运行时能达到的温度。

含镍不锈钢钢管、阀门和容器用于整个聚光太阳能(CSP)系统。正是因为镍确保了这些设备在系统内的高温环境中不会变脆,并兼备针对熔盐的耐蚀性。
 
 

核 电

在过去的几十年里,人们对核电的热情起起落落。在20世纪70年代,核电曾受到青睐。最近几年来,随着气候变化威胁的出现,人们对核电又重新产生了兴趣。

根据世界核协会(WNA)的消息,20世纪80年代,大约每20天就开启一座新的核反应堆。该协会预计,未来这一速度可能提升到每5天一座。

核电厂有很多使用含镍不锈钢和镍基合金制造的部件,这主要是看中了它们具有的强度和耐蚀性。事实上,一座典型的核反应堆要使用多达20种不同的镍合金来制造诸如堆内部件、蒸汽发生器管道和冷媒及热水管道。

某些早期的核反应堆在建造中使用了碳钢制造的管道,现在这些反应堆正承受着腐蚀的摧残。美国用含镍不锈钢管道系统更换其建造于20世纪70和80年代的核反应堆中的管路,因为前者可以持续使用更长时间并且更耐腐蚀。

新一代核反应堆在正确选材中将受益于过去的经验教训。

 

燃料电池

高温燃料电池的电量之大已经可为数座城市提供清洁高效的能源。但到现在,对于大规模应用来说,它们还过于昂贵。

低温燃料电池已经有了在笔记本电脑和公共汽车上应用的例子,但这些电池产生的电量相对较小。而高温固体氧化物燃料电池(SOFCs)则能产生出足够的电量供应城市需要,而其产生的热量可以被导出用在其他方面,例如用于建筑物供暖,或推动蒸汽轮机来发出更多的电。

镍被用于制造高温固体氧化物燃料电池(SOFCs )的阳极。鉴于其合乎要求的热膨胀性能和与贵金属相比较低的成本,镍成为这种技术得以实现并有潜力在未来几十年中获得广泛应用的关键。

 

 
 
 

“对碳的捕捉和贮存技术(CCS)已经进行了大量的研究和开发。其中的一种选择方案是通过矿物的碳酸化来贮存碳 。”

 

清洁煤炭

煤目前是用于发电的最大能源——全世界每年消耗约80亿吨煤。但是,燃烧煤炭也成为最大的大气污染源之一。

今天,已经应用新技术来确保燃煤电厂的二氧化硫、二氧化碳和可吸入颗粒物的排放降至最低水平。不锈钢和镍合金就被应用于这些工艺之中。

例如,含镍合金用于建造燃煤电厂的湿法洗涤塔。当煤在燃烧时,它会产生汞颗粒,需要通过一种叫湿法洗涤的工艺来去除这些汞颗粒。因为含镍合金的强度和耐蚀性,大多数湿法洗涤塔都采用含镍合金建造。

镍还用于建造烟气脱硫系统,因为硫的排放会导致形成酸雨。烟气脱硫系统(FGD)内的温度可高达200℃,镍合金提供了在这种高温环境下所必需的耐蚀性。

人们就碳的捕捉和贮存技术(CCS)已经进行了大量的研究和开发,以期消除燃煤引发的全球变暖因素。其中的一个技术选择方案就是通过矿物的碳酸化来贮存碳——简而言之, 就是以惰性矿物的形式来固化碳。具有腐蚀性的碳酸化反应要在高温高压下发生,这就更需要采用镍合金了。

 

“…具有腐蚀性的碳酸化反应要在高温高压下发生,这就更需要采用镍合金了。”

 

乙醇生产

很多不同的工业都使用乙醇——化妆品工业(漱口水、喷发定型剂、香水和除臭剂),饮料工业(伏特加酒),当然还有燃料工业(作为汽油的替代品)。
乙醇由玉米、甘蔗或小麦制成,是一种越来越常见的替代性生物燃料。纤维素乙醇是一种特殊的第二代生物燃料,可以从任何植物材料获得,包括谷物、麦秆、草和树木,甚至是市政废弃物。
纤维素乙醇尤其受欢迎,因为它相较于石油基燃料可减少85%以上的温室气体排放。然而,这些植物材料在能够被转化为有用的乙醇前,需要经过多道预处理工序。

许多工序牵涉到严酷的环境和腐蚀性的物料,一种常见的预处理剂就是硫酸。因此,用于实施这种工序的生产装置必须非常耐用和抗腐蚀。含镍不锈钢和高镍合金是首选材料。今天,几乎所有现存的燃料乙醇工厂都使用S30400(含镍8%)或S31600(含镍10%)不锈钢。

 

 
 
 
 

 

文字及图片素材|国际镍协会

 

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创建时间:2023-01-13
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