能源中的碳素

如何有效地制造能源?如何最佳地存储能源?我们该如何节约使用能源?关于能源的问题即是关于未来的问题。

这些是我们当前最为紧迫的问题,而碳素将提供令人满意的答案。无论是在生产、存储还是使用能源领域,西格里集团所提供的材料和解决方案都可以被应用。

在我们全球生产和技术网络中,知识和创意在各个国家、各大洲以及所有员工之间分享。因为,归根结底,完善能源技术的创新发展离不开团队合作。这是一项需要集思广益的任务,但其中有一个共通点,即对碳素的激情。

Solar energy

0% percentages of energy produced by photovoltaics worldwide in 2030 0%
reduction of CO2 with photovoltaics in 2030

太阳能:光伏的智能材料和理念

利用太阳能需要创新的材料和理念。其中一种所需的材料就是等静压石墨,这是一种具有高密度和强度的极细颗粒的石墨。利用适当的技术,这种材料能够通过车削、钻孔、铣削或锯削等机加工工艺制成各种不同的部件。这种特种石墨可以应用于任何其它材料的技术性能无法满足的场合,例如在光伏产业中最为重要的原材料单晶硅的生产中。

即使在极高的加工温度下,石墨也可以在温度高于硅的熔点时保持固态。它的高纯度和在硅中的低溶解性特点能够胜任高性能太阳能电池的生产,而且几乎不产生污染。

西格里集团可为光伏产业提供整个供应链环节所需的碳石墨产品。公司在其它领域也拥有杰出的技术,例如定制化工艺技术和系统解决方案,其中包括为一家世界领先的硅生产商提供回收设备。利用此回收设备,可以将高度腐蚀性的氯化氢(HCl)气体从废酸中进行回收,并重新应用于工艺流程中。这就节省了30%的HCl消耗,也消除了对于复杂的废酸处置的需求,并显著地降低了工艺成本。

该回收装置包括25个以上的组件,例如由耐腐蚀石墨和聚四氟乙烯 (PTFE) 制成的热交换器、塔节和泵等。

采暖系统用热交换器

家用采暖系统对于能源的消耗非常巨大。通过采用适当的技术和材料,可以节省大量能源。石墨热交换器即可提供此类解决方案。它们能够更加有效地利用采暖系统中废气所含有的热量。在石墨热交换器中,水可以吸收废气中的热量,使废气温度下降,自身温度上升。

由水吸收的能量将完全转移到其整个供热回路。石墨所具有的高导热性和对于废气中酸性冷凝物的耐腐蚀性可使能量载体的使用效率提升20%。

最大的石墨板式热交换器

与传统的设计如环形槽、块式或者列管式热交换器相比,板式热交换器对能源的利用效率更高。我们客户的主要需求一直是开发更大的石墨板式热交换器来产生更大的流动速率。这将会扩大应用范围。

目前我们已经开发出世界上最大的石墨板式热交换器,可由我们的合作伙伴阿法拉伐实现供应。新型的热交换器流动速率可超过250m3/h。它主要应用于液体腐蚀性物质的加热或冷却,如化学工艺。

建筑中的能源效率

由于不断攀升的能源成本、气候变化的威协以及环境政策的要求,对于建筑业和再开发的能效概念的需求变得空前迫切。以欧洲为例,约40%的能源需要来求于建筑。其中,高层建筑物对于采暖、制冷和通风的能源需求最为庞大。

德意志银行已经认识到这个问题,并且实现了法兰克福总部双塔大厦的全面节能改建。这两座大楼是世界上最具环保性的高层建筑物之一。这种变化虽然无法用肉眼看到,但却可以进行测量——它们用于采暖和制冷的能源减少了67%。这也得益于西格里集团的开发成果。在其室内天花板安装了大约1万组具有膨胀石墨轻质板材的ECOPHIT®冷却吊顶系统。

该系统结合了混凝土的耐久性和石墨这种天然材料的优点:石墨能够快速并均匀地传递热量。流动在管道内的水来作为热交换介质,利用包裹在管道外壁的轻质膨胀石墨板材均匀且快速热传递的特性进行室内气候的调节。一套简单的系统,即可实现采暖和制冷的功能,在节省能源的同时提供舒适的室内环境。同时令开发商和建筑师青睐的另一个优点便是节省了更多的垂直空间与更为多样的设计灵活性。在德意志银行大厦,采用了ECOPHIT辐射制冷制热吊顶系统之后,相比改造前增加了35厘米的垂直空间。

除了轻质板材之外,西格里集团的特种石墨产品还包括了可应用于建筑和暖通空调系统的箔、颗粒和粉末。其原材料都是纯天然石墨,我们用它来生产膨胀石墨。作为一种天然材料,这种石墨材料也可以进行完全回收利用。

利用石墨存储潜热

潜热蓄能器可以利用相变过程中所产生的能量。这里采用的就是所谓的相变材料 (PCM)。例如盐和石蜡,它们在达到熔点时会吸收和释放热量而不改变自身的温度。

通过结合使用石墨和PCM复合物,可以比单独使用PCM提高100倍的导热性能。这些紧凑型热存储系统适用于多种应用领域,从工业流程和太阳能发电厂到建筑物和车辆的空调设备。在工业流程中,这些简易组装装置可以实现90%以上的废热回收。

液流电池存储可再生能源

太阳能电池板可在太阳照射时供能,风力发电机可在风力作用下供能。这就意味着能量储存十分必要,这样就可以在有需要时进行使用,即使是在无风的天气或者夜里。氧化还原液流电池即提供了此类解决方案。它们能够存储大量的电能,具有更长的使用寿命,而且非常坚固耐用。因为石墨所具有的导电性和化学稳定性,它被应用于众多先进的电池系统。


















 

西格里集团为液流电池提供两种核心组件。一种是 SIGRACELL®双极碳和石墨毡,这是一种多孔电极材料,能实现电池的高效充电与放电。另一种是由天然膨胀石墨制成的SIGRACELL®双极板,它能为系统实现较低的内阻。西格里集团所生产的材料也应用于其它电池系统,例如钠镍电池以及新型铅蓄电池。