高性能镍基合金助力绿色能源未来(下)
上海汉维实业生产的镍基合金在地热能领域起到了关键作用。一个著名的例子是美国加州东南部的哈德逊牧场一期地热电站。该地热电站装机容量为50兆瓦，是世界上最大的发电站之一，为美国亚利桑那州凤凰城提供电力。该项目使用了大量的inconel625镍合金板材，该合金具有极强的耐腐蚀性和耐疲劳性。inconel625镍基合金有很高的铬和钼含量。这些板材主要用于地热管道制造，可深入地下几千米。加压热水会被从地下含水层通过管道向上抽取，深度一般可达3000至5000米，而深度每增加100米，气温就会上升3摄氏度左右。
到达地面后，热量通过水传递给传热介质，传热介质在蒸发的同时驱动水轮机和发电机。除此之外，热量还可以直接利用。Alves博士介绍：“这一项目对管材生产的几何尺寸要求特别高。”针对这一项目，当时在阿尔特纳工厂专门新安装了一条长喷淋酸洗线，以便能够生产12米长的板材。这就大大减少了管道焊缝的数量，降低了管道系统的故障风险。
除了inconel625镍合金之外，Alloy 31和31 Plus以及Alloy 59、Alloy 2120也可以在地热电站中使用。其中Alloy 2120尤其适用于高腐蚀性和高盐度的深层含水层。Alves博士告诉我们，地热能在德国的能源结构中也越来越重要。目前德国有38个正在使用的地热电站和众多试点项目。地热能的首选地质区是在盐度高、温度高的北德盆地、上莱茵河谷地和巴伐利亚莫拉斯盆地。
间歇泉将热量从更深的岩层输送到地球表面，地热能的原理与之类似
未来的燃料
目前电动汽车、公交车和火车都广泛使用绿色电力。但除了直接用于驱动之外，也需要可再生电力间接用于生产绿色氢气。德国环境部部长认为，这为在至今没有气候保护解决方案的领域实现突破提供了绝佳的机遇，其中包括许多难以实现电气化的部门，如长途运输、航空和海运等。除此之外，电转氢还有助于钢铁和化学工业降低碳排放。
早在氢被作为环保领域的多面手而大力推广之前，我们就开发用于高温固体氧化物电解电池（SOEC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）的材料。2008年，推出Crofer 22 APU，随后于2011年推出了 Crofer 22 H。由于添加了钨和铌，这种高温不锈钢的高温强度得到进一步提高。
这两种新型应用：SOEC利用电力和水生产宝贵的氢气，而SOFC则利用氢气和大气中的氧气产生电能。其中一个过程是另一个过程的逆反应，也就是说，如果在反向模式下运行固体氧化物燃料电池（SOFC），就相当于有了一个固体氧化物电解电池（SOEC）。”两种反应的温度区间均为800至900摄氏度。
Crofer 22 APU是一种含22%铬、镧和锰的高温铁素体不锈钢，长期以来一直是全球市场的旗舰产品。在900摄氏度的温度下，它的表面会形成一层导电的铬锰氧化物表层，可防止进一步氧化。这种材料的热膨胀系数也与电池中使用的陶瓷相匹配。电芯由双极板（由Crofer 22 APU制成）、阳极、电解质（陶瓷）和阴极（陶瓷材料）组成。多个电芯会被堆叠在一起，组成电池。
由于固体氧化物燃料电池（SOFC）的体积通常小于冰箱，因此特别适合于建筑、商业、贸易和工厂的分散式能源供应。其能效高达85%。
十多年来，位于德累斯顿的Sunfire公司一直使用Crofer 22 APU、SOFC燃料电池以及SOEC电解器。2019年初，作为德国联邦政府资助的哥白尼项目Power-to-X的一部分，Sunfire研发出一种新的电解方案，引起了业界轰动。
在850摄氏度的工作温度下，新的高温一氧化碳电解工艺缩短了以前两个独立的过程，可以在一个步骤内将水蒸气和二氧化碳转变为氢气+一氧化碳合成气体。Sunfire的首席技术官兼创始人Christian von Olshausen解释道：“氢气和一氧化碳的合成气体可以作为基础原料加工成任何碳氢化合物产品。”这也意味着可以合成氨和甲醇等化学工业基本原料、原油替代品或合成汽油、煤油或柴油等。
在电解器中，水蒸气和二氧化碳被一步转化为合成气体
目前Sunfire正在与其合作伙伴Climeworks、Paul Wurth （SMSGroup）以及Valinor一起，共同打造世界上第一个工业规模的电转液体厂（Power-to-Liquid）。该项目被称为Norsk e-Fuel项目。他们的共同目标是将挪威的绿色电力每年转化为1000万升环保煤油。除此之外，Sunfire公司还在其它电转X项目中测试一些高性能镍基合金材料。
“借助电转液体或电转气，整个运输部门和许多当今依赖石油、天然气和煤炭的工业流程都可以实现可持续发展与碳中和目标，”Olshausen总结道。而德国能源署（dena）总理事Andreas Kuhlmann也强调："电转X是能源转型的重要组成部分，对实现气候保护目标有重大意义。"
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