摘要：几乎每个行业都使用高温作为制造过程的一部分。工艺热是制造钢铁、玻璃或水泥的重要组成部分，例如，需要燃烧物质（通常是煤或甲烷气体）产生的高温的工业操作。但燃烧的东西是让我们陷入今天气候混乱的原因。如果有火焰，就会有燃烧过程中的排放物，比如二氧化碳，通常还有硫和氮

几乎每个行业都使用高温作为制造过程的一部分。工艺热是制造钢铁、玻璃或水泥的重要组成部分，例如，需要燃烧物质（通常是煤或甲烷气体）产生的高温的工业操作。但燃烧的东西是让我们陷入今天气候混乱的原因。如果有火焰，就会有燃烧过程中的排放物，比如二氧化碳，通常还有硫和氮的氧化物。还有一些讨厌的小东西，如细颗粒物，它们会进入我们的肺部并导致肺部和心血管疾病。我们甚至不想去想那些讨厌的小恶魔正在对我们的大脑做什么。

工艺热对于大多数制造至关重要。现在，一对聪明的麻省理工学院毕业生——Daniel Stack 和 Joey Kabel——说他们发明了一种不依赖燃烧的方式供应该过程热量的方法。这对夫妇成立了一家名为 Electrified Thermal Solutions 的新公司，将他们的发明商业化。这个想法源于 Stack，他发现自己有一天想知道是否有一种方法可以用电加热通常排列在壁炉和工业窑内部的耐火砖。这个概念很合理，但实际上，砖块通常不导电，因此他开始制造可以导电的砖块。

他和 Kabel 发现，通过稍微改变用于制造耐火砖的金属氧化物的配方，他们能够制造出基本上可以代替电线导电和产生热量的砖。“这里没有外来金属，没有什么会燃烧掉的，”Stack 最近告诉 Inside Climate News。Stack 和 Kabel 现在已经把那些经过改造的耐火砖堆放在一个绝缘的金属外壳里，他们称之为 Joule Hive 的电梯大小。

这家新生公司在其网站上表示，他们的 Joule Hive 热电池实现了两个特性，对全球工业脱碳具有深远影响。首先，导电耐火砖是第一个可以将电能转换为高达 1,800°C 的温度的加热元件，该温度可以扩展以使最高温度、最难减排的行业（包括钢铁、水泥、玻璃和化学品）通电。其次，这些高温与前所未有的能量密度相关，这使得热能能够以 >95% 的效率经济高效地存储，因此可以使用廉价的非高峰电力将脱碳成本降低到低于或接近与现有化石燃料来源持平的成本。

Joule Hive 热电池是一堆装在绝缘钢容器中的导电耐火砖，是电厂的天平。Joule Hive 热电池通过直接通过砖块供电来充电，将其焦耳加热到 1800°C。 热能储存在该温度下，然后通过空气或其他气体通过砖通道排出系统，为任何熔炉、锅炉、涡轮机或窑炉提供热量。

麻省理工学院核工程研究科学家 Charles Forsberg 是 Electrified Thermal Solution 最大的拥护者之一，他是 Stack 的前论文顾问和公司的顾问。“我毫不怀疑这将商业化，”福斯伯格告诉 Inside Climate News。“我已经 77 岁了。这只是一种 50 年游戏的直观感觉。Fosberg、Stack、Kabel 和 MIT 都是电耐火砖专利的共同所有者。

Forsberg 担心的一个问题是，这种新的工艺加热技术使美国制造商受益。考虑到美国是如何沉睡并让中国主导锂离子电池、电动汽车制造和太阳能电池板生产的技术，这是一个合理的担忧。

今年 1 月，该公司获得了能源部 500 万美元的拨款，用于帮助在圣安东尼奥的西南研究所建立其第一个商业规模的示范项目，该研究所是一个为政府和工业客户提供合同研发服务的独立组织。该项目将展示热电池如何为许多工业过程提供高温热量，包括水泥制造，目前主要依靠燃烧煤炭来加热。

Buzzi Unicem USA 是美国最大的水泥生产商之一，也是 ETS 在美国能源部 （DOE） 资助下的工业合作伙伴。Buzzi Unicem USA 的总裁兼首席执行官 Massimo Toso 对该公司的热电池赞不绝口。他说，Joule Hive 热电池是“我们确定的第一个工业热脱碳解决方案，它可能使我们能够经济高效地完全消除加热过程中对化石燃料的使用。

CleanTechnica 的读者会立即注意到，燃烧化石燃料只是与制造水泥相关的二氧化碳排放的一部分。另一部分是利用这些热量将石灰石转化为水泥时释放的二氧化碳。麻省理工学院的另一个衍生公司 Sublime Systems 正在大大减少水泥制造过程两个部分的碳排放

3 月，总部位于特拉华州威尔明顿的特种化学品制造商 Ashland 获得了能源部高达 3500 万美元的配套赠款，用于资助 Joule Hive 热电池在肯塔基州卡尔弗特市的 Ashland ISP Chemicals 工厂的首次商业部署。该设施需要大量的高温蒸汽来运行其运营，而这正是新技术旨在提供的工艺热量。

田纳西河谷管理局（Tennessee Valley Authority）的高级经理 Curt Jawdy 是该赠款的合作伙伴，也是卡尔弗特市的当地电力公司，他表示，该公司能够在非高峰时段为其热电池充电，使工业设施能够脱碳，而不会给公用事业公司的电网带来更大的压力。“越简单越好，”他说。“事实上，砖也是加热元件，你只需为砖本身供电，这大大简化了系统。”该项目最终将用 Joule Hive 热电池取代 Calvert City 工厂的天然气锅炉。通过 Joule Hive 电池吹出的空气将加热水以产生所需的蒸汽。

据美国能源部称，该项目将使与工厂产生蒸汽相关的温室气体排放减少近 70%。根据该公司向环境保护署报告的数据，2022 年，亚什兰在该工厂燃烧天然气释放了 72,000 吨二氧化碳。美国环保署表示，这些排放量相当于 17,000 辆汽车的年温室气体排放量，而汽车是 2,500 人口小镇气候污染的重要来源。

还有另一个使用大量工艺热的行业 — 发电。亚什兰使用的高温蒸汽正是为发电机提供动力的动力，这些发电机为我们提供了大量电力。这项技术消除了燃烧煤或甲烷产生蒸汽的需要，为将热力发电站转变为低碳运营打开了大门。由于 Joule Hive 热电池可以储存数天的热量，因此它可以在可再生能源产量较低时开辟一条新的发电途径。现有的发电机可以像今天一样继续由蒸汽提供动力，而不是拆除现有的发电站，只是蒸汽是蓄热的结果，而不是化石燃料燃烧的结果。

这是另一项新技术，它提供了一种继续享受现代社会的好处而没有燃烧化石燃料带来的缺点的方法。这是新技术，在完全开发之前自然会有一定的学习曲线。话虽如此，这种制造工艺热而不排放碳的方法的一个可能缺点是，世界各地的每个人都在想方设法让多余的可再生电力发挥作用。许多人将其视为制造绿色氢气的一种方式。Electrified Thermal Solutions 希望用它来制造工业所依赖的一些工艺热。

所有这些都以总有大量过剩的可再生能源为前提——在可再生能源的政治斗争日益激烈的时候，这个假设可能过于乐观。世界拥有消除很大一部分来自燃烧物质的温室气体排放的工具——主要是煤炭和甲烷，但任何形式的燃烧都会对环境和人类健康产生负面影响。

工业世界将因工艺热而停滞不前，但如果我们继续燃烧燃料来制造工艺热，地球支持人类生活的能力将停止。这是一个难题，我们需要尽快解决，否则将面临可怕的后果。Joule Hive 热电池很可能是解开这个谜团的重要组成部分。

来源：陈讲运清洁能源