CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒報導，全球主要水泥生產商CEMEX目前正在與瑞士初創企業Synhelion合作，即將向世人展示全球首個使用高溫太陽能技術零排放生產水泥的系統。
作為蘇黎世聯邦理工工學院ETH Zurich一個研究太陽能分支機構所衍生出的企業，Synhelion主要研究利用可產生1500℃高溫的先進聚光熱利用技術來替代工業用熱等應用場景。
目前水泥製造業每年排放的二氧化碳約佔全球二氧化碳排放量的8%，合作雙方將首先建設一個1MW規模的試驗系統證明上述創新的太陽能熱能解決方案可以用於替代水泥製造業中所燃燒消耗的化石能源，並助力人類應對該項關鍵氣候挑戰。
CEMEX公司負責人Davide Zampini對此表示：「其實我們研究太陽能熱利用技術已經有一段時間了，該技術具備大幅降低水泥生產過程中所排放二氧化碳的潛力，因此Synhelion引起了我們的興趣。」
首次嘗試碳捕捉+太陽能熱利用組合技術
據悉，Davide Zampini不僅關注太陽能供熱技術，還致力於解決水泥生產製造過程中最棘手的問題——石灰石煅燒反應過程中會排放出大量二氧化碳。據其介紹，水泥製造過程中排放的二氧化碳主要有兩種來源，其中約三分之一來自化石燃料燃燒過程，剩餘約三分之二則由煅燒反應本身的化學反應所生成。
雖然很多機構都在研究將太陽能熱利用技術應用於水泥生產過程，但CEMEX和Synhelion的項目第一次將碳捕捉過程也納入了研究。
當前很多碳捕捉研究項目是從燃煤電廠排出的煙氣中提取二氧化碳，因為此時的煙氣已經處在一個沒有空氣的閉環系統中，不會再排放氮氧化物。但由於煤是在空氣中燃燒，而空氣的主要成分就是氮氣，因此從燃煤電廠煙氣中分離二氧化碳既複雜又昂貴。
但如果CEMEX利用太陽能熱利用技術替代水泥生產過程中被燃燒的化石燃料，生產過程中所產生的廢氣則將不包含化石燃料燃燒所產生的多種副產物，淨化與提取難度也將大大降低。
據Davide Zampini介紹，根據高溫氣相色譜的檢測結果，太陽能熱利用水泥生產過程中的廢氣主要由二氧化碳和水蒸氣組成，因此將二氧化碳提取出來非常簡單（水可以冷凝出來，並留下被濃縮的二氧化碳），而提取出的二氧化碳可以作為原料被供應到Synhelion相關項目的同步太陽能燃料合成工廠。【深入了解Synhelion太陽能燃料技術可點擊查詢：基於聚光集熱技術的太陽能航空燃料項目正加速推進，2022年或實現銷售】
也可觀看如下視頻深入了解：
來自Synhelion的科研人員Ambrosetti表示，我們目前還在與一家大型石油公司和瑞士國際機場合作生產太陽能飛機燃料，我們的系統可以為水泥廠提供熱量，而CEMEX可以為我們提供生產太陽能燃料所需的原材料二氧化碳，而且水泥廠可以提供非常好的、值得捕捉的高濃度二氧化碳，然後我們可以利用這些二氧化碳生產合成燃料。
未來或將建設150MW規模的商業化光熱系統
據悉，在水泥生產過程中Synhion所使用的聚光裝置與製造太陽能燃料稍有不同，用於水泥廠的聚光系統仍將保留相同的鏡場、吸熱器和儲熱系統，但去掉了太陽能反應堆（二氧化碳和水等發生反應生成太陽能燃料的裝置）。
按照雙方計劃，1MW的試驗系統將於2022年底前投入使用。據Ambrosetti介紹，雙方最初的設想是建設一個1MW的熱利用系統，將配置2000平方英尺的太陽能定日鏡場。當然，這是一個非常小的、用於試驗的系統。如果匹配商業化運行的水泥廠，未來將建設150MW以內的商業化熱利用系統。
圖：系統工作原理
Ambrosetti介紹，生產過程中所產生的氣體傳熱流體——二氧化碳和水蒸氣混合物將在太陽能接收器中被加熱至1500℃以上（氣體將在閉環系統中工作），熱的混合傳熱介質被送入水泥火法處理階段（替代化石燃料供熱），進入迴轉窯和預分解爐，以逆流的方式加熱材料。經過換熱後，一些已經被冷卻至800-1000℃左右的高溫流體被送回接收器再次加熱，而煅燒產生的所有二氧化碳都留在水泥生產系統中並與傳熱流體混合。因此，煅燒產生的多餘二氧化碳會不斷從傳熱流體中被提取出去。
此外，由於水泥廠生產為連續進行，不宜頻繁啟停。這時，儲熱系統將可以用於連續向水泥廠輸送太陽能熱能，另外一旦儲熱流體溫度開始下降，還可以採用電力或氫氣等提供輔助能源，以確保全天候穩定的熱量輸送。
水泥生產碳排放市場潛力巨大
據了解，許多水泥生產地區也擁有良好的太陽能資源，因此上述太陽能解決方案具備大規模複製部署的潛力。僅CEMEX本身就在墨西哥、美國、中南美洲和加勒比、歐洲、中東、非洲和亞洲等20多個國家設有水泥廠，其中許多國家也有氣候變化相關的限制要求。
Davide Zampini表示：「我們這樣做既是為了我們自己，也是為了整個行業。不僅在歐洲和加利福尼亞，在世界上許多其他國家，碳排放正變得越來越重要，相關立法也在關注如何減少排放，所以這是我們需要解決的問題。我們不認為這項技術僅限於CEMEX，我們相信整個行業都可以應用我們在這裡開發的解決方案。」
目前，總部位於墨西哥的CEMEX已經是水泥行業在減排領域的領軍企業，該公司已將替代燃料的使用率提高至28%，同時還提高了熱效率，且還在開發並使用低溫熟料和特殊外加劑來提高熟料強度，以及無熟料結合劑。此外，其研發團隊還參與了歐盟資助的廢熱回收、膜技術、氧燃料燃燒等項目，並參與了LEILAC間接熱煅燒和碳捕獲項目。
雖然上述努力都是為了減少碳排放，但毫無疑問，只有與Synhelion合作的太陽能熱利用技術有可能完全消除水泥製造過程中的碳排放，同時還可為後者提供大量生產噴氣燃料等太陽能燃料所需的原材料。