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为什么可持续发展的世界,离不开神奇的金属-钼?(二)

作者:耿志强  发布时间:2018-03-16  点击量:892


低碳发电
   应对气候变化,需要持续大幅降低温室气体排放,大约25%的温室气体是发电厂排放的。据预测,未来25年,能源需求将增长三分之一以上,必须大力发展低碳和零碳发电。钼已经为多项可再生技术做出了突出贡献。

 
水力发电
    水电是使用最广泛的可再生资源,占全球总电力需求的16%。高强度钢(HSS) 可用于生产管壁更薄,内径更大的引水管道(将上游水源输送至涡轮机的超大直径管道),从而提高输送效率。使用强度较高的钢种不仅省料,还能减少焊接量,节省运输和施工所需的能源。高牌号高强度钢添加钼元素后,屈服强度更高,而韧性和淬硬性保持不变。

    伊泰普(Itaipú)水电站位于巴西和巴拉圭边境,有20根引水管道,内径10.5米,每根重883吨。伊泰普水电站年发电量接近100太瓦,与火力发电相比,每年减排二氧化碳约6700万吨。

    含钼钢常用于维护或更换困难、危险或成本高的高磨损环境
 
风力发电
   截止2014年底,全球风电装机容量达369千兆瓦,占全球总发电量的3%。在所有的发电形式中,风电使用钢材最多,按照目前的设计,每兆瓦装机量要使用300公吨左右。

   实际上,考虑到硬度、耐用性和轻量化的需要,大部分商业风电涡轮机中的齿轮、轴承、转轴全部由含钼工程钢制成。典型机组的机舱重量达400吨,且安装在100米高的支架上。要想提高性能,就要加大部件尺寸,因此轻量化一直是一个重要课题,采用较薄的钼合金钢外壳和支撑框架可减重20-40%。

   另外一个重要因素是齿轮的耐磨损性,这一点在机组尺寸增大时尤为突出。大型机组的部件承受的压力更大,因此会造成材料过早损坏。对含钼钢进行表面硬化处理,可以改善材料性能,减少停机时间,降低更换成本,这对海上机组非常重要。

太阳能发电

   地球表面每平方米平均持续接收1000瓦太阳能,这些能量可以转化成电能。自20世纪末以来,非化石能源占全球能源总量的比例一直稳步上升,预计到2050年,这个比例将达到50%,其中太阳能发电的增幅尤为迅速。

    太阳能发电仅消耗日光,因此是一种可持续资源。太阳能发电高峰和用电高峰自然重合,由此降低了基本负荷发电的总需求量,而基本负荷发电常使用化石燃料。


    与以往刚性硅板不同,现代薄膜光伏板拥有制造、成本和设计灵活的优势。在这些快速发展的技术中,钼扮演着重要的角色,是薄膜板背电极的金属材料之一(甚至是唯一的金属材料)。

    钼是下一代薄膜光伏板的重要组成部分

简明案例分析
薄膜光伏太阳能板
使用材料:钼金属
   相比传统的晶体硅阵列设计,现代薄膜光伏板(TFPV)的生产工艺更简单,造价更低廉。TFPV板背电极使用了钼,因为钼能够耐受生产过程的高温,以及其他制造材料产生的高温腐蚀。
   添加钼还能提高太阳能转化为电能的效率。在所有技术中,使用CIGs或CdTe为吸收材料的光伏板的能源回报期最短,大约为0.9-1.5年。

环境保护
   火力发电和交通运输所排放的二氧化硫(SO2)导致酸雨,对环境造成长期破坏。在现有的防治二氧化硫的环保技术中,钼发挥着关键作用。
 
烟气脱硫(FGD)
   火电厂最常用的烟气脱硫工艺为石灰石-石膏湿法脱硫,用碳酸钙中和二氧化硫和其他酸性烟气。由于洗涤器内的化学反应侵蚀性非常强,因此需要使用耐腐蚀材料或增加保护层。以往使用的碳钢吸收装置采用非金属内衬,但用不了多久就失效。现代脱硫装置由两种材料建造,一种是含钼不锈钢,另一种是含钼不锈钢和碳钢的复合板,关键部位增加耐腐蚀性更强的镍基合金衬层。
   耐蚀不锈钢和镍基合金对保护环境防止酸雨起到了关键作用
 
燃料脱硫
   为了达到日益严格的排放标准,所有车辆均装有可进一步降低环境污染的催化转化器。为了避免损坏汽车的催化转化器,炼油厂要对车用汽油和柴油中的硫化物进行脱硫处理。催化加氢脱硫是在钼基催化剂的作用下,使硫与氢发生化学反应,从而达到脱硫的目的。原油含硫量越高,催化剂的作用越重要。

   用钼基催化剂对汽车燃料进行脱硫处理

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