[00068319]适用于酸碱、高盐和强辐射等极端环境条件下的新型陶瓷 太阳板研制技术

　　项目基本情况:

　　目前全球年能源消费约150亿吨石油当量。2050年前还会增加。碳中和任务艰巨,可再生能源需占总能源80-90%,太阳能是最大的可再生能源,没有上限、风险。若以太阳能占可再生能源30%计,全球碳中和需增加10万平方公里以上太阳能接受面,传统方法难以实现。光伏、聚光光热发电的镜面、传统太阳能热水器、黑瓷太阳板等都是太阳能接受面,目前我国光伏年产量约500平方公里,占全球约70%,如以目前全球光伏年产量计,达到10万平方公里需要100年以上时间。光伏理论寿命25年,具有负温度系数,使用中伴随性能衰减,上述因素导致需更多投资、更长时间达到10万平方公里持续有效应用面积。目前我国传统太阳能热水器年产量约30平方公里,占全球约60%,但只能承受低温,不能承受中温;关键是在酸碱、高盐及强辐射环境条件下,寿命短,易腐蚀,易衰减,维修率高,达不到经济运用。所以,开发投资低、成本低、可快速形成巨大产能,既能满足产生普通条件下的中低温热能应用,又能满足淡化海水苦咸,水、处置酸碱和高盐废水、太阳能盐湖提锂、高海拔低纬度地区的强辐射等特殊条件下应用的全天候太阳能阳光集热材料,就成必要需求。

　　在此背景下,利用山东省科学院新材料研究所八十年代研发,以我国产出量占全球60%以上的工业废弃物提钒尾渣制造钒钛黑瓷技术(获中美日英法德澳大利亚等10国发明专利证书)为基础,研究所在2006年发明陶瓷太阳板,2006-2021年获中日澳-186-大利亚45件发明专利证书,陶瓷太阳板是全瓷产品,基体普通陶瓷,表面立体微孔钒钛黑瓷形成阳光陷阱;成本低、效率高、耐高温、全水介质、不结垢、生产使用零污染。普通陶瓷是成本最低、寿命最长的工程材料之一,钒钛黑瓷是成本最低、寿命最长的太阳能吸收材料。

　　经过实验室进一步对陶瓷太阳板腔内涂层的优化设计,其耐酸碱、高盐等腐蚀的能力及防结垢能力可有效加强;经过实验室,对其表面钒钛黑瓷阳光吸收层的工艺优化,其抵抗高海拔地区、低纬度沙漠等强阳光辐射和沿海地区高盐雾腐蚀的能力可有效加,强。从而制造出不老化、不退色、无性能衰减,无理论寿命,对环境永久安全的新型陶瓷太阳板。该项技术经过数十年研发,已经建立起有完整保护的涵盖工艺配方、工艺流程、工艺设备、应用场景等全链条专利池保护体系。

　　而通过该新型陶瓷太阳板的项目中试,进一步优化完善该新型陶瓷太阳板的各类工艺和设备研发,为技术的工业化实施建立起完备技术保障体系;并可以充分利用该中试项目制造出满足以上应用条件的足量新型陶瓷太阳板,完成在各类极端条件下的应,用,为该新型陶瓷太阳板的工业化实施提供市场模拟。从而建立起该项技术产品的完整工业化实施基础。

　　二、核心技术及指标:

　　陶瓷太阳板的技术源头是山东省科学院新材料研究所的技术团队于80年代初原始创新发明的钒钛黑瓷技术,拥有自主知识产权,以我国产出量占全球60%以上的工业废弃物提钒尾渣制造钒钛黑瓷,获中美日英法德澳大利亚等10国发明专利证书。研究所在2006年发明陶瓷太阳板, 2006-2021年获中、日、澳大利亚45项发明专利。形成了从技术发源,到工艺研发、应用全链条的覆盖保护,各项技术均为世界原创发明。并完成了普通陶瓷太阳板的项目中试和工业化推广。经过实验室进一步对陶瓷太阳板腔内-187-涂层的优化设计和对其表面钒钛黑瓷阳光吸收层的工艺优化,其耐酸碱、高盐等腐蚀的能力、防结垢能力、抵抗高海拔地区、低纬度沙漠等强阳光辐射和沿海地区高盐雾腐蚀的能力可有效加强,均优于同类太阳能产品,其相关技术均为世界首创发明。

　　三、项目上下游情况及效益分析:

　　在一些强酸碱、高盐及强辐射等领域,传统的太阳能应用受限明显,基本无法涉足。在普通陶瓷太阳板研发、生产的基础上,如何优化设计,开发耐酸碱、高盐、强辐射等极端使用条件的新型陶瓷太阳板就成为新的必要研究课题。

　　在该类极端应用领域,具有非常大的市场容量:

　　1、在海水养殖领域:

　　我国2/3海产品人工养殖,北方10-4月份需加热海水,由于禁煤采用天然气加热,成本高,钛合金换热器价格昂贵,太阳能加热需能够承受海水、盐雾腐蚀。

　　全国有70万家以上海水养殖户,10万家以上的育苗企业。

　　海水养殖随着养殖海水温度的提高,可大幅提高产量,并可通过,养殖海水加热,满足部分海产品冬季反季节上市;育苗温度要求是不高于26摄氏度,不低于20摄氏度,除个别季节外,几乎需要全年加热海水;山东滨州、烟台等地,现在用燃气锅炉替代烧煤,每年单个养殖单元的燃气成本在8到10万左右,育苗企业15万以上的加热成本,还同时带来排放问题。而充分利用新型陶瓷太阳能板的耐高盐内腔及耐沿海高空气盐雾的钒钛黑瓷阳光吸收层,可以做到海水直入新型陶瓷太阳能集热系统加热,无需换热介质,可大大提高换热效率,并避免介质污染;其新型钒钛黑瓷阳光吸收层经优化配方,做到高瓷化率,沿海的空气盐雾对其无任何腐蚀影响,从而有效避免传统金属平板太阳能板在沿海很快腐蚀无法使用的固疾。通过配比相应面积的该新型陶瓷太阳能系统及相应的储能装置,基本可以取代燃煤、燃气,每年可为该-188-行业节约700亿以上的燃料成本。按照每养殖单元配1000m左右的新型陶瓷太阳板计算,每年改造10%行业计算,每年可形成过,百亿的新型陶瓷太阳板规模。

　　2、在盐湖提锂领域:

　　新能源车井喷式发展,带动了电池需求量激增。目前主流的动力电池分为锦氢电池、铅酸电池、锂电池。综合储能、环保、安全性方面的需求,锂电池更占据优势,市场占有率迅速扩张。

　　另其他的储能行业主要依靠的也依旧是锂电池。一方面是锂资源的供给与回收相对有限,另一方面是各国纷纷鼓励新能源企业,所以碳酸锂需求量高涨。这导致了如今的价格波动上升,今年年初就突破了30万一吨,而且普遍缺货。业内则认为,这种供给相对紧缺的状态在短期内不会结束。从中长期看,随着各国逐渐淘汰汽油车,实现碳达峰和碳中和的时间逐渐临近,对于锂资源的需求还会进一步膨胀。

　　国际能源署(IEA)预测,如果世界到2050年成功实现净零排放,那么到2040年时对锂的需求量,将接近120万吨。那如何高效、低成本的或取碳酸锂资源,将成为今后几十年影响整个世界能源结构的决定性因素。电动车、动力电池与电池储能的发展使锂资源被称为将来的“白色石油”,盐湖提锂占全球锂产量约70%,传统生产方法是太阳池晒盐水、卤水,水温30-50℃,新型陶瓷太阳板平面集热直接加热盐水、卤水,水温可接近100℃或以上,大幅度提高效率,降低成本,可实现工厂化生产。盐湖主要分布于南美、美国西部、我国青藏高原,均阳光强烈。我国锂业产能占全球约60%,在各国提锂盐湖企业中多持有股份。而利用太阳能加热盐湖、盐卤的提锂模式,是最经济、高效的获取锂资源的方式。充分利用新型陶瓷太阳板的耐高盐及内衬不易积垢和结晶的突出优势,利用我国青海、拉丁美洲“锂三角”等处的盐沼提锂的低成本优势,每年可以形成数百亿的新型陶瓷太阳能市场规模、3、在海水、苦咸水淡化领域:

　　我国面积144亿亩,其中耕地18亿亩,荒漠25亿亩,现需进口大量粮食饲料。为解决西北等荒漠地区开发问题,藏水北调工程提出数十年,因难以逐步试验、验证、分阶段推进、实现,直未能实施。我国多山、寒冷高原,缺少耕地,荒漠开发事关国家发展命运。近几年随着新疆石油勘探工作的深入进行和发,展,测算发现南疆沙漠地下约有200万亿立方米苦咸水,是贝加尔湖或北美五大湖水量10倍左右。我国年降水量约2万亿立方米,地面水资源约2.8万亿立方米,年用水量约7000亿立方米,荒漠开发事关国家、民族前途,无论采用藏水北调或陶瓷太阳板淡化苦咸水开发荒漠或其他方案,可能会逐步成为需要认真探讨、研究、试验的事情。一般认为以目前农业节水技术、膜下农业等,约2000亿立方米淡水可以开发我国荒漠,可以再造一个中国农业。如果利用这沙漠地下的200万亿立方米苦咸水,经逐步试验、验证、分阶段推进、年提取淡化2000亿立方米淡水不会劣化我国荒漠地区生态环境,反而可能会优化生态环境。仅南疆平原荒漠约40万平方公里相当于华北地区,而华北地区养活了我国4亿人口。

　　陶瓷太阳板开发之初,中国科技发展战略研究院提出陶瓷太阳板调研报告并发国务院各部委,中国社科院提出陶瓷太阳板开发新疆文章、国家发改委副主任关于上述文章推荐函及新疆党委书记批示,均对低成本、长寿命、耐高温、高效率陶瓷太阳板在西北苦咸水淡化领域的发展前景表示了期望和支持。西北地区普遍存在的苦咸水严重影响民生,也需要淡化处理。新型陶瓷太阳板可以淡化苦咸水,可以就地逐步试验、验证、分阶段推进、实现。此领域也可为新型陶瓷太阳板带来每年数百亿的市场规模。

　　4、在高海拔、中低纬度等阳光强辐射地区的应用:目前传统太阳能热水器阳光吸收膜难以长期承受强烈阳光,如西藏、国内外中低纬度荒漠地区阳光。传统的太阳能集热系统在西藏经过一个夏天,就产生大量老化斑点和爆裂,导致整个集热系统在夏季强阳光条件下必须遮挡无法使用,仅仅在其他季节有效使用。新型陶瓷太阳板钒钛黑瓷吸收层经1200℃高温瓷化,与基体一起烧结,可以长期承受各种强度阳光,且阳光强度越高效率越高。在国家资金、政策支持下西藏计划今后10年将在新能源、新城市建设实现高速发展,适宜于建筑一体化建设,并可以承受强光辐射的新型陶瓷太阳板将为西藏地区的供暖、生活热水、农业养殖等提供强力支撑。

　　中低纬度荒漠位于南北纬15~35°之间,约2000万平方公里,数亿居民,全年阳光强烈,阳光能量约2桶原油/m.年,是我国120千克标煤/m".年阳光能量的3倍,是全球太阳能最集中的区域,传统平面太阳能热水系统难以实现中温利用,陶瓷太阳板600℃不老化、不衰减,可有效产生100-150℃热水、蒸汽。低纬度地区低倾角应用,可推沙土成低倾角坡面,建造、使用成本更低,可能是全球陶瓷太阳板使用规模最大,使用成本最低的地区。目前国内外地热发电使用水温多为90-150℃,地热水用于发电、取暖需回灌,多水垢,有腐蚀,陶瓷太阳板集热系统水质洁成本更低,规模更大。

　　在我国西北、南北美洲、南北非洲、阿拉伯半岛、印度半岛、澳大利亚等中低纬度荒漠铺设数万平方公里新型陶瓷太阳板,当地强烈阳光可用于整座城市空调、供暖;海水、苦咸水淡化改造荒漠为耕地;热水蒸汽中温发电,改变全球能源结构;中国是陶瓷大国,我国陶瓷墙地砖、陶瓷卫生洁具产能占全球30-50%,供大于求,可以改产陶瓷太阳板。陶瓷太阳板已获国内外45件发明专利,我国具有全部知识产权,可成为全球大规模、低成本应用太阳能的基础产品。中国陶瓷太阳板将是将太阳能转化-191-为全球绿色能源和应对全球气候变暖的方法和希望之一5、其他应用:

　　利用新型陶瓷太阳板的耐酸碱腐蚀、高盐腐蚀等,在化工酸碱废水、高盐废水等工业废水减量处置领域可以产生大量工业化应用。在部队的边防哨所等临海、高海拔地区,可以用于特殊条件下的取暖、供热等应用。

　　通过该项目的实施,完成耐酸碱、高盐、强辐射等极端条件的新型陶瓷太阳板技术的项目中试。从而为该新型产品找到一种可靠的工业化路径。并充分利用德州现有的太阳能产业的突出优势,在德州实施相关产品落地及全国市场布局工作,从而形成-个百亿规模体量的新型陶瓷太阳能行业核心产业集群。

　　四、技术转化所需条件:

　　项目实施需要2000平方左右的中试生产线车间,用于布置原料存贮仓、成品库、烘干房以及原料处置、注浆成型、喷涂、烧成窑炉、烟气处置、成品检验、成品打包等中试生产流水线。主要设备是烧成辊道窑1条、烘干窑1条、注浆线10条左右及其他备投入700万左右。