綠色能源核心技術新秀：鐵氧電池

現在，風能和光能的發電效率大增，而成本急劇下降，其單度電價格已經和煤電類似。但風光電有個致命缺陷，就是其波動性，不但時有時無，還時高時低，其電壓，電流，振幅和頻率急劇變化，無法直接輸入電網。就算建個家庭光伏電路，如果離開了外來電，那個獨立的係統就非常複雜，除了調頻變壓裝置，還必須有個電池。光伏電首先被存儲起來，然後通過電池放出穩定的電流供家庭使用。供一個獨立屋使用的獨立光伏電係統需要至少5萬美元，還是相當昂貴的。

而大規模的光伏，風電場，調製更加複雜。最理想的是和一個抽水電站耦合，發出的電把水抽到高處，然後放水發電輸出，水電是比較穩定。但抽水電站需要特殊的地理條件，建設成本也很高，還破壞環境。其它的儲電選擇，如壓縮空氣，飛輪，重力柱，各種化學電池，都各有利弊。其中最好的是鋰電池，但缺點是鋰元素是比較稀缺的資源，目前多用在汽車等動力電池上，用在大規模儲電，太可惜了，沒有可持續性。

美國在開發鐵氧電池，據說取得重大突破，還可以和煉鐵耦合起來。因為鋼鐵產業也是個排碳大戶，占總排的8%左右。如果能用綠電儲能兼煉鋼，兩全其美，可能成為綠色能源中的一個核心技術，為全球減碳目標作出重大貢獻。

從化學角度，鐵礦石中的鐵都是以氧化鐵的方式存在的。第一步，就需要在高溫下（>1200度）使用含碳物質（木材，炭）把鐵還原出來

Fe2O3+C---Fe+CO2

上述的產物是生鐵，含有2%以上的碳，非常脆，可以當鍋但無法當武器，需要降低其中的碳，這個過程叫煉鋼。碳降得太低了就成了熟鐵，太軟了。鋼是碳含量在0.2-2%之間的鐵，並因含有不同的微量元素而體現不同的性能。煉鋼不容易，現代的技術是把氧氣，焦炭，生鐵，其它元素按一定比例放一起加熱，氧氣足夠氧化出鐵裏麵的碳但不足以氧化鐵，有部分氧氣被焦炭使用了，據說該法控製碳含量非常精確，

如果在煉鐵那步，能有除了焦炭以外的方法，把鐵還原出來，那就能減少很多碳排。而如果煉鐵不用碳，煉鋼步驟隻要加所需要的碳，應該比現在的步驟簡單得多，排碳也少！

現在常提到的煉鐵替代方法是用氫氣代替碳，化學方程式如下：

Fe2O3+H2---Fe+H2O

但綠氫成本很高，運輸和儲存都不易。現在，美國發現了用電直接還原鐵的工藝，化學方程式如下：

Fe2O3(s) + H2O(l) + Electricity → Fe(s) +  O2(g) + NaOH(aq)

這個過程，還把電以鐵分子的方式，儲存起來。其中的一部分鐵，可以按以下化學方程式放電：

Fe(s) + ½ O2(g) + H2O(l) → Fe(OH)3(s)+Electricity 

鐵-空氣(氧氣）電池，因其更低的成本和長時間儲能潛力，非常適合大型固定式儲能應用，例如電網平衡和可再生能源整合。具有很大的開發潛力！

 

 

[數字旋律]

光伏和水電耦合，一般是落後地區，已建有小水電之後再附加光伏的權宜之計。
水電對自然資源和環境破壞極大。

[新中美]

中國好像也在搞。現在的問題是容量低。

[新林院]

我覺得，要想讓氣候變暖停下來，除了研究新能源以外，還要讓人口至少實現零增長。
這是一個簡單的算術問題。
讓人均排碳減少了，但總人口增加了，總排碳量還是會增加，氣候變暖還是停不下來。
讓人均排碳減少了，同時人口實現零增加，總排碳量才能減少，氣候變暖才能停下來。
如果人口要是能恢複到1950年代，要想讓氣候變暖停下來就更有可能。
換句話說，人口至少實現零增長，人類才能延續下去。