夏熱冬用——穿越時空的太陽能

材料牛注：夏季的食物可以加工儲存到冬季再吃，那么炎炎夏日的太陽能呢，是否可以儲存到冬季使用？Empa的科學家們做到了，他們運用了什么方法，小編帶你一探究竟。

太陽能可以存儲到冬季嗎？答案是肯定的。我們使用廉價的材料就可以儲能——鈉的堿溶液。在歐洲的研究聯盟中，Empa的科學家和他們的同事花了四年時間研究這個課題。

據Empa調查，2014年，瑞士71％的私人公寓和房屋都使用化石燃料供能，私人住戶消耗的熱水中有60％是以這種方式生產的。大膽猜想，如果我們可以從夏季充沛的陽光中儲存熱量，留至冬季使用，就可以節省相當可觀的化石能源。經過幾年的研究，從2016年秋季起，Empa有了一個實驗室規模的工廠，能夠長期穩定儲存熱能。

這種蓄熱器的理論相當簡單：如果將水倒入裝有固體或氫氧化鈉濃溶液（NaOH）的燒杯中，混合物就會升溫。稀釋是放熱的：化學能以熱的形式釋放。 此外，氫氧化鈉溶液極易受潮并且能夠吸收水蒸氣，由此獲得的冷凝熱甚至可以加熱溶液。

存儲罐中的夏季熱能

另一種方式也是可能的：如果我們以熱的形式將能量供給到氫氧化鈉稀溶液中，水分將會蒸發，氫氧化鈉溶液將會濃縮并且儲存所供給的能量。該溶液可以放在儲罐中運輸，保存幾個月甚至幾年。如果溶液再次與水（蒸氣）接觸，則存儲的熱量會被再次釋放。

即使有這么多的理論，燒杯實驗又能否復制到為單戶家庭大量儲能的規模上？Empa研究員Robert Weber和Benjamin Fumey著手進行研究。由于氫氧化鈉濃溶液具有高度腐蝕性，他們在Dübendorf的Empa校園使用絕緣的海運集裝箱作為實驗室（一種安全預防措施）。 如果系統發生了泄漏，那么侵蝕性液體首先通過容器而不是Empa的實驗室建筑物。

不幸的是，所謂的COMTES原型并沒有按預期工作。研究人員選擇了降膜蒸發器，一種用于食品工業的系統（可以濃縮橙汁）。然而，氫氧化鈉溶液沒有在熱交換器中流動，而是形成了大液滴。這樣一來，它吸收的水蒸氣很少，轉移的熱能也很低。

Fumey忽然有了一個靈感：黏性存儲介質應該沿螺旋型的管道流動，在途中吸收水蒸汽并將產生的熱量傳遞到管道。實際上，這是可行的。最好的事情是：通過流水型加熱器改進的螺旋形熱交換器已經可以使用了。

接著，Fumey進一步優化了實驗室系統：多高的NaOH濃度可以達到最佳效果？流入和流出的水溫應該如何控制？水蒸氣需要在5到10度的溫度通往存儲器。在該過程中，50％的氫氧化鈉溶液沿螺旋式熱交換器管的外部流下，并在蒸汽中稀釋至30％，同時管道內的水加熱到約50℃。

可“充電”的氫氧化鈉溶液

在為這種能量儲存裝置“充電”的時候， 濃度為30%的氫氧化鈉溶液將會沿著內部由60℃水流加熱的螺旋管狀換熱器逐滴滴下。此時，氫氧化鈉溶液中的水份將會受熱蒸發，所得的水蒸氣將會被收集并被冷凝下來。之后水蒸氣冷凝所產生的熱量將會被傳導到地熱探針中儲存起來。在 “充電”之后，被加熱濃縮到50%濃度的氫氧化鈉溶液將會被儲存起來，等候下一次的“放電”。

Fumey解釋道：“在這種工藝理念下，夏季烈日炎炎的太陽能將被允許以化學能的形式儲存下來，以備寒冬來臨之際再重新使用。值得一提的是，這種存儲在濃縮氫氧化鈉溶液中的能量可以被當成日常物資一樣運往所需的任何地方，這無疑會給它的普及使用帶來極大的優越性”。目前，Empa實驗室尋求工業合作伙伴來一同開發小型家用型氫氧化鈉能量儲存系統的招標活動已經拉開帷幕。相信在不久的將來，這種新型的能量儲存系統便可以大有所為了，比如用于NEST (谷歌子公司)的新型智能家居研發。

原文鏈接：Summer heat for the winter.

本文由編輯部月亮供稿，Meadow編譯，點我加入材料人編輯部。

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