新知 | 一种新热能技术助力钢铁水泥脱碳，有望开启新工业时代

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撰文 | Shushu

编辑 | 郭郭

→这是《环球零碳》的第434篇原创

重工业约占全球二氧化碳排放量的22%。其中42%（约占全球排放量的10%）来自化石能源的燃烧，通过这种燃烧可为水泥、钢铁和石化等工业产品产生大量高温热量。

国际能源署（IEA）表示，尽管这些能源密集型行业都承诺减少排放，但没有一个行业有望在 2050 年之前实现净零排放。

为了使重工业脱碳，目前有两种主流途径，一种是寻找化石燃料的替代品，目前比较靠谱的是氢能。氢气燃烧热值高，最后只排放水，不产生二氧化碳；另一种就是电气化。

但电气化存在一个瓶颈，到目前为止，虽然风电、光电、核电等清洁电力已经大量应用，但电力产生的高温有限，跟重工业在提炼和锻造等工序中需要的温度有巨大差距。

例如，传统钢铁高炉运行温度大约为1100摄氏度，而传统水泥窑运行温度大约为1400摄氏度。

通常，传统的电阻加热器电气化无法达到这一温度，因为电阻加热器很难超过500摄氏度的阈值。

重工业不得不继续燃烧会产生污染的煤炭、天然气和石油来获取热量。这些化石燃料能提供大量的高温热量和高“热通量”，即稳定、可靠、持续地输送大量热量的能力，且温度一般超过800摄氏度。

所以，在重工业的脱碳和减排道路上，实现热能供应低碳化将成为更深程度减排道路上的重大考验与挑战。

但总部位于芬兰的工程技术公司Coolbrook正致力于改变这一切。该公司正在研究一种技术，可以避免使用化石燃料，并在工业过程产出所需的极端热量。

这种新颖的电气化方式，使工业过程的温度最高可达1700摄氏度。从本质上说，Coolbrook的技术颠覆了传统的涡轮机理论。

一种使工业过程的温度达1700摄氏度的电气化技术

这一项技术被称为旋转动力加热器（RotoDynamic Heater ，RDH) ，是一种能够在不燃烧化石燃料的情况下达到1700摄氏度的电加热技术，解决了以往使用电加热无法达到极端高温的问题。

Coolbrook的技术是对传统涡轮机理论的颠覆。一个多世纪以来，人类一直利用煤炭和其他化石燃料燃烧产生的热量和动能来转动涡轮驱动发电机和为电网供电。

但这家初创公司的旋转动力加热器和反应器颠覆了这一过程。它利用电力转动涡轮机，通过迫使空气或其他气体的快速加速和减速，产生强烈的动能，这种能量可以提供许多重工业过程所需的极端温度。

传统的电阻加热器很难超过500摄氏度的阈值，但使用RDH就能达到600摄氏度以上，甚至达到1700摄氏度。

图说：RotoDynamic加热器

总结来说，RDH汇集了空间科学、涡轮机械和化学工程。在RDH中，空气、氮气和工艺气体被加热到高温，再通过旋转叶片流实现空气动力作用，RDH可以直接将轴的机械能传递给加热气体，从而为钢铁、水泥、氢气和其他产品的生产提供过程热，以取代工业加热过程中的传统火炉和窑炉化学品。

据悉，如果该项技术被广泛采用，它可以帮助全球每年减少逾25%的工业二氧化碳排放量，即24亿吨。

因此，RDH技术被芬兰Wärtsilä Energy公司的首席技术官、前可持续燃料总监瑞塔•凯拉(Reetta Kaila)称为“超过了火箭科学”。

技术总市场潜力约为4000亿欧元

目前，RDH已在芬兰的一个试点项目中成功测试，并将于2024年投入商业使用。Coolbrook认为，RDH是唯一能够达到石化和化工、钢铁和水泥等高排放工业部门所需温度的电力技术。

据悉，RDH具有零二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物排放、有竞争力的资本支出和运营支出、能源效率超过90%、紧凑的设备尺寸和改造现有工业设施的可能性等方面的优势。

基于显著的优势，Coolbrook已经与瑞士-瑞典工程集团ABB、水泥制造商Cemex合作，以加速RotoDynamic技术的开发、产业化和采用，以对石化和化工、水泥和钢铁等难以减排的行业进行脱碳，在能源和二氧化碳最密集的工业过程中实现显著减排。

其中，CEMEX将使用 RDH来减少水泥生产中的二氧化碳排放量。ABB公司则表示，到2030年，RDH技术将帮助ABB的客户每年CO2排放量减少100兆吨。

ABB除了使用RDH技术外，对Coolbrook的另一项技术也进行投资。这项技术将使石化行业蒸汽裂解过程电气化，以减少蒸汽裂解厂的温室气体排放，被叫做RotoDynamic Reactors (RDR) 技术。

今年早些时候，两家公司在石化市场开展合作，采用 RDR技术，可将乙烯生产的能源消耗降低30%，并将产量提高20%。而在水泥和钢铁领域，则使用RDH技术。

目前，RDR和RDH 都受到了化工、水泥和钢铁行业领先企业的极大关注。除了ABB、CEMEX外，还与UltraTech、石油和天然气集团壳牌，以及钢铁制造商安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)等主要行业参与者展开合作。

除此以外，Coolbrook还吸引了欧盟、芬兰和荷兰政府以及越来越多的商业合作伙伴的资金支持。此外，该公司还与英国剑桥大学和牛津大学以及比利时根特大学建立了合作关系，并正在包括英国在内的欧洲高端工程企业之间建立供应链联系。

根据毕马威进行的一项研究，RotoDynamic技术的总市场潜力估计约为4000亿欧元，有望成为工业电气化的行业标准。

国际能源署表示，由于这类清洁技术初创企业未来的成功还远未得到大规模保证，因此有必要为这类企业提供资金和鼓励，以创造更多商业上可用的减排技术和策略达到在2050年前实现净零排放的目标。

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