在2015年巴黎第21屆聯(lián)合國氣候變化大會上,,195個國家就把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2℃以內(nèi)的目標達成一致,。但隨著能源需求的增長,相關(guān)碳排放仍在升高,。根據(jù)國際能源署發(fā)布的《全球能源和二氧化碳狀況報告》,,2017年,,全球能源需求增長了2.1%,增長部分有70%以上來自化石燃料,。
令人樂觀的是,,報告提到:“2017年,,可再生能源是所有能源當中增長率最高的一類,占全球能源需求增長的四分之一,?!笨稍偕茉吹脑鲩L主要是由中國和美國推動的,其次是歐盟,、印度和日本,。實際上,2017年中國的太陽能發(fā)電量增長相當于法國和德國太陽能發(fā)電量的總和,。
鎳在實現(xiàn)能源過渡和應對全球變暖的多種應用中發(fā)揮著重要的作用:南澳州用于儲存風能的一種大容量電池,,加拿大的一項大規(guī)模碳捕捉計劃,冰島地熱能的潛力,,含鎳不銹鋼協(xié)助減少印度二氧化碳排放量等等,。這些應用旨在通過不同的路徑,共同達成巴黎氣候變化大會的目標,。鎳將在實現(xiàn)能源過渡的目標,、減少溫室氣體排放量并提高能源效率的過程中發(fā)揮重要作用。
鎳在即將來臨的電動汽車革命中發(fā)揮日益重要的作用
氣候變化應對戰(zhàn)略的一個關(guān)鍵部分是改變?nèi)粘=煌ǚ绞?。交通運輸業(yè)估計占全球溫室氣體(GHG)排放量的14%,。雖然有其他多種多樣的解決方案,但預計電動汽車(EV)將在減少污染方面發(fā)揮很大的作用,。
顯然,,由于電動汽車依賴電力,除非電網(wǎng)本身是無碳電網(wǎng),,否則相關(guān)排放量并非為零,。但國家可再生能源實驗室最近的一項研究表明,即使在碳密集型電網(wǎng)中,,使用電動汽車產(chǎn)生的排放量也少于常規(guī)替代方案,。
一直到最近,電動汽車在這個發(fā)展過程中也仍然沒有體現(xiàn)出自身的價值,。2017年,,電動汽車銷售量首次突破100萬輛,而2016年常規(guī)轎車和輕型商用車的銷售量超過8800萬輛,,但這僅僅是開始,。
一些分析師預計,到2040年,,電動汽車銷售將超過內(nèi)燃機驅(qū)動汽車,,每天替代800萬桶汽油。數(shù)百萬輛的轎車,、卡車和公交車需要使用含鎳鋰離子電池,。根據(jù)市場分析師Roskill的估計,目前電池用鎳約占全球鎳供應量的3%,,而這一比例預計會快速上升,。
很多汽車制造商目前所使用的鎳錳鈷(NMC)電池成分比例為33%鎳、33%鈷和33%錳(稱作1:1:1),,而另一些汽車制造商已經(jīng)開始采用6:2:2的配方了(60%鎳,、20%錳和20%鈷)。目前正在進一步調(diào)整NMC的化學成分,,設(shè)計一種采用80%鎳,、10%錳和10%鈷的8:1:1陰極電池。兩家韓國制造商(包括LG化學公司)宣布了2018年將這些新配方投放市場的計劃,。特斯拉(采用NCA-鎳-鈷-鋁技術(shù))等其他公司預計也會增加鎳的比例,。
雖然也有非鎳鋰離子的配方,但還沒有人開發(fā)出與鎳優(yōu)勢相當而且有足夠高實際成本效益的技術(shù),。因此,,在我們拯救地球的行動中,鎳將在電動汽車的全球大規(guī)模普及應用中發(fā)揮日益重要的作用,。 預計5年內(nèi)電動汽車的價格將低于內(nèi)燃機驅(qū)動汽車,,而且銷量將暴增至數(shù)千萬輛。有人甚至估計到2035年,,路上行駛的電動汽車數(shù)量將高達3.5億輛,。
世界上最大的鋰離子電池
2016年,暴風雨破壞了南澳洲關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,,引起斷電,,影響170萬當?shù)鼐用瘢嚐o意間竟成為成功應對氣候變化和能源政策的秘密武器,。
導致部分居民斷電最長兩周的危機發(fā)生后,,特斯拉公司首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克承諾在100天內(nèi)在南澳洲建造世界上最大的鋰離子電池,由此誕生了霍恩斯代爾儲能系統(tǒng)項目,。
特斯拉公司與州政府和法國Neoen可再生能源公司(擁有附近的霍恩斯代爾風力發(fā)電廠)共同建造了這個129兆瓦時的電池,。這個電池旨在使南澳洲的可再生能源生產(chǎn)實現(xiàn)負載平衡,并在預計電力短缺時提供緊急備用電源,。這個電池儲存的基本是已經(jīng)產(chǎn)生的風能和太陽能,。
雖然該系統(tǒng)所采用鋰離子電池的具體化學成分沒有公開,但馬斯克曾說特斯拉公司將在電網(wǎng)儲能電池中采用含有鎳,、錳和氧化鈷陰極的鋰離子化學成分,。
傳統(tǒng)NMC電池的配置采用3等分的鎳、錳和鈷,。但電池制造商開始調(diào)整鎳,、鈷和錳的相對比例,,而最新報道顯示鎳的比例高達80%。鎳比例上升,,電池吸收鋰的能力也隨之增強,,伴隨著容量的增大和制造成本的降低。鎳,、鈷,、石墨和鋰是電池總成本的最大推動因素,而特斯拉公司已努力使總成本降低了35%,。
含鎳不銹鋼灶具在印度農(nóng)村實現(xiàn)清潔烹飪技術(shù)
據(jù)世界衛(wèi)生組織估計,,傳統(tǒng)沼 氣(木材、動物糞便,、作物廢料)和煤炭灶具是發(fā)展中國家近30億人烹飪和取暖的主要手段,,每年有400多萬人因吸入這類灶具排放的煙氣而死亡。
印度每年死于這種煙氣的人數(shù)超過120萬,。傳統(tǒng)烹飪方法的熱效率較為低下,,而且會通過二氧化碳、甲 烷等溫室氣體和碳黑等氣溶膠的排放加劇氣候變化,。
為了抵消這類影響,,總部設(shè)在新德里的非營利性研究組織能源研究所(TERI)設(shè)計了一種高能效的改良灶具(ICS)——TERISPT0610。ICS可以采用多種傳統(tǒng)生物質(zhì)燃料,。其燃燒內(nèi)筒由304型(UNS S30400)不銹鋼制成,,外結(jié)構(gòu)、底座,、螺母和螺栓由202型(S20200)不銹鋼制成,。
位于德里的印度理工學院最近進行的實驗室試驗表明,含鎳不銹鋼灶具的表現(xiàn)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)灶具,,不僅排放量較小,,而且更節(jié)省燃料。ICS的燃燒效率為37%,。與傳統(tǒng)泥制灶具相比,,被測型號的顆粒物排放量(PM2.5)減少72%、一 氧 化 碳排放量減少80%,、燃料消耗量減少54%,。
2009年至2015年間,有20869臺ICS投入使用,使烹飪時間縮短了43.6%,,而且估計每年能節(jié)省近24000噸薪柴,。加州大學圣地亞哥分校、TERI和Nexleaf Analytics公司進行的研究表明,采用清潔的生物質(zhì)灶具每年可以使每個家庭減少約5噸二氧化碳當量的排放量,,而且能使空氣污染減少60%~70%,。
含鎳不銹鋼通過ICS這類創(chuàng)新應用有助于改善發(fā)展中國家的空氣質(zhì)量和健康狀況。
保證清潔燃料和技術(shù)的普遍使用是聯(lián)合國的一項能源可持續(xù)發(fā)展目標(SDG7),。如果這個目標得以實現(xiàn),,就能避免數(shù)百萬人的死亡,而且使依賴污染性燃料和技術(shù)進行烹飪,、取暖和照明的數(shù)十億人的健康狀況和生活質(zhì)量得以改善。
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