美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)實證確認可利用常見的2種鹽類將綠能做為熱能儲存,可望應用於建築物冷暖空調系統等用途。
日常生活中的室內供暖、乾衣機使用等都需要熱能,但隨著氣候變遷問題加劇,建築物能源消耗日漸增高亦成為深刻的問題。目前主要以石油、天然氣等石化燃料生產熱能,但隨著潔淨能源轉型的發展,故有改變現狀之必要。
蓄熱的基本作法係透過可逆化學反應。喬治亞理工學院發現目前的科學研究尚未完全理解熱化學物質在正/逆反應之間如何作用,並關注於鹽的反應。鹽分子的構造內可維持一定數量的水分子,為了促進化學反應,透過施加熱能讓鹽脫水後即以氣體的水蒸氣釋出。反之,若要引起逆反應則讓鹽吸收水分達到水和(Hydration),迫使鹽的結構膨脹並吸收水分子。
然而這種膨脹與收縮的過程對鹽形成極大的壓力,最後導致鹽破損。即使最初是完整的球狀粒子,在經過反覆數次脫水/水和之後會完全粉碎或過度水和凝集成塊。意即鹽的蓄熱量會隨著時間推移而減少,因此不適合長期蓄熱。
為了解決此問題,研究人員多方嘗試對水產生各種反應的鹽類組合,歷經2年的實驗,終於從6種鹽中找到了互補的2種鹽,將吸水性佳的氯化鎂與水和速度非常緩慢的氯化鍶予以結合,將可有效地提升蓄熱性。
此項研究的下一步則是開發使用這些鹽類的蓄熱結構,並計畫投入系統級的實證測試。其中之一即是在填充床反應器(Packed Bed Reactor; PBR)的圓筒中填充鹽。運作機制首先以熱空氣流過鹽使其脫水,如蓄電池般將熱能有效地儲存在圓筒;釋出儲存能量時則是將濕潤的空氣吹到鹽上使結晶水和,釋出的熱能可取代化石燃料供應建築物內使用。
此外,鹽是隨處都能取得且具有成本效益的材料,有利於迅速導入推廣。今後利用鹽實現蓄能的技術將可望有助於減少碳排放,落實減緩氣候變遷的策略。