在一个区域内利用发电站和垃圾处理设施等排放的未利用热量,通过经由管道的水或蒸汽的机制称为“区域供热”。在日本,由于电力成本问题等,区域供热只在小范围内得到利用。神户大学开发出了作为实现大范围应用的关键因素的蓄热材料量产技术。有望解决普及区域供热面临的主要课题。
通过封装在胶囊中,可以防止材料颗粒变大堵塞管道(图片由神户大学提供)
“今后5年打算实现每天20公斤的量产”。神户大学的铃木洋教授很有信心地表示。铃木教授一直在研究以热量的形式储存能源进行再利用的蓄热材料,大约5年前开发出了性能优异的材料,但此前每天只能制造1克左右。
据介绍,此次实现了每天约制造500克的产量。计划2022年度开始建设每天能制造10公斤的示范工厂。
区域供热以六本木新城(东京·港区)和北海道苫小牧市的市中心等商业区为中心在部分地区得到利用,主要用于楼宇或住宅的供暖和热水供应。在事务所、楼宇和医院等商业领域及家庭领域消耗的能源中,热能的占比超过50%,区域供热的节能效果备受期待。
欧洲很早以前就开始研究和开发区域供热。丹麦等国已经利用丰富的可再生能源、巨大的管道和水泵实现大范围的区域供热。而日本只在小范围内实现了这一点。主要存在携带热量的水容易冷却,以及送水泵的电力成本高等课题。
大范围实现区域供热的关键被认为是蓄热材料。只需在水中混合10~20%的蓄热材料,即可携带三倍于水的热量。蓄热材料还能降低流速,因此水泵的耗电量也可以减至之前的五分之一左右。
蓄热材料散热后可能会出现颗粒变大堵塞管道的情况,但铃木教授开发的新材料将铵明矾和醋酸钠等成分封装到了胶囊中。粒径不会超过20微米(微米为100万分之1米)左右。
胶囊基材料难以量产,制造成本也比较高。铃木教授与大阪府立大学和钟化公司合作,为了能在大型罐中生产,改良了样本的量、比例和搅拌方式等,为量产开辟了道路。
目前的制造成本约为每公斤1万日元,铃木教授等计划通过推进设备的大型化,将成本降至4000日元左右,并在5年后实现实用化。北海道大学也在与JX金属公司等合作开发同样的材料。
为了普及区域供热,还需要提高锅炉和水泵等相关设备的性能等,但“相关的设备厂商比较少,技术经验也不足”(铃木教授)。今后必须加强产学合作,全面推进系统开发。
日文:三隅勇气、《日经产业新闻》,2021/09/08
中文:JST客观日本编辑部