绿色能源核心技术新秀：铁氧电池

现在，风能和光能的发电效率大增，而成本急剧下降，其单度电价格已经和煤电类似。但风光电有个致命缺陷，就是其波动性，不但时有时无，还时高时低，其电压，电流，振幅和频率急剧变化，无法直接输入电网。就算建个家庭光伏电路，如果离开了外来电，那个独立的系统就非常复杂，除了调频变压装置，还必须有个电池。光伏电首先被存储起来，然后通过电池放出稳定的电流供家庭使用。供一个独立屋使用的独立光伏电系统需要至少5万美元，还是相当昂贵的。

而大规模的光伏，风电场，调制更加复杂。最理想的是和一个抽水电站耦合，发出的电把水抽到高处，然后放水发电输出，水电是比较稳定。但抽水电站需要特殊的地理条件，建设成本也很高，还破坏环境。其它的储电选择，如压缩空气，飞轮，重力柱，各种化学电池，都各有利弊。其中最好的是锂电池，但缺点是锂元素是比较稀缺的资源，目前多用在汽车等动力电池上，用在大规模储电，太可惜了，没有可持续性。

美国在开发铁氧电池，据说取得重大突破，还可以和炼铁耦合起来。因为钢铁产业也是个排碳大户，占总排的8%左右。如果能用绿电储能兼炼钢，两全其美，可能成为绿色能源中的一个核心技术，为全球减碳目标作出重大贡献。

从化学角度，铁矿石中的铁都是以氧化铁的方式存在的。第一步，就需要在高温下（>1200度）使用含碳物质（木材，炭）把铁还原出来

Fe2O3+C---Fe+CO2

上述的产物是生铁，含有2%以上的碳，非常脆，可以当锅但无法当武器，需要降低其中的碳，这个过程叫炼钢。碳降得太低了就成了熟铁，太软了。钢是碳含量在0.2-2%之间的铁，并因含有不同的微量元素而体现不同的性能。炼钢不容易，现代的技术是把氧气，焦炭，生铁，其它元素按一定比例放一起加热，氧气足够氧化出铁里面的碳但不足以氧化铁，有部分氧气被焦炭使用了，据说该法控制碳含量非常精确，

如果在炼铁那步，能有除了焦炭以外的方法，把铁还原出来，那就能减少很多碳排。而如果炼铁不用碳，炼钢步骤只要加所需要的碳，应该比现在的步骤简单得多，排碳也少！

现在常提到的炼铁替代方法是用氢气代替碳，化学方程式如下：

Fe2O3+H2---Fe+H2O

但绿氢成本很高，运输和储存都不易。现在，美国发现了用电直接还原铁的工艺，化学方程式如下：

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

这个过程，还把电以铁分子的方式，储存起来。其中的一部分铁，可以按以下化学方程式放电：

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

铁-空气(氧气）电池，因其更低的成本和长时间储能潜力，非常适合大型固定式储能应用，例如电网平衡和可再生能源整合。具有很大的开发潜力！

 

 

[数字旋律]

光伏和水电耦合，一般是落后地区，已建有小水电之后再附加光伏的权宜之计。
水电对自然资源和环境破坏极大。

[新中美]

中国好像也在搞。现在的问题是容量低。

[新林院]

我觉得，要想让气候变暖停下来，除了研究新能源以外，还要让人口至少实现零增长。
这是一个简单的算术问题。
让人均排碳减少了，但总人口增加了，总排碳量还是会增加，气候变暖还是停不下来。
让人均排碳减少了，同时人口实现零增加，总排碳量才能减少，气候变暖才能停下来。
如果人口要是能恢复到1950年代，要想让气候变暖停下来就更有可能。
换句话说，人口至少实现零增长，人类才能延续下去。