前瞻技術脈動：能源技術（202417）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2024年11月1日

圖、前瞻技術脈動：能源技術（202417）

對巨型熱泵的“爆炸性”需求
為了滿足區域供暖的需求，傳統方法通常耗電且排放大量碳。相較之下，使用熱泵系統提供區域供暖不僅可以有效降低碳排放，還能提高能源使用效率。歐洲國家為降低對化石燃料的使用，以熱泵進行區域供暖的需求呈爆炸式增長。雖熱泵需要電力才能運作，但每消耗1 kwh的電能，可產生約3~4 kwh的熱能。一般而言，家用設備相對較小，輸出通常在數千瓦(kW)左右，而德國MAN ES最大的商業熱泵，其總供熱能力為48 MW，並可產生高達150°C的溫度，為數千戶家庭供暖。該公司近來在丹麥的港口城市埃斯比爾(Esbjerg)安裝了兩台熱泵設備，此熱泵的二氧化碳冷媒會從海水中吸收一小部分熱量，壓縮機提升了二氧化碳的溫度，然後系統將熱量轉移，提供高達90°C的熱水給區域供熱系統，服務2.7萬戶家庭。以瑞典斯德哥爾摩的區域供熱系統為例，該系統被稱為世界上最大的熱泵裝置，最大容量為215 MW，是由7個熱泵(2個40 MW和5個27 MW)設備組合而成。由於熱泵運作效率待提升，氨的製冷劑或有助於提高熱泵效率。
參考資料：The 'exploding' demand for giant heat pumps. BBC News. 2023/05/31.

彎曲的太陽能電板與一般的太陽能電板一樣好
為了解決傳統矽基太陽能電池的應用範圍限制，我們開發出薄型、輕量且柔軟的矽基材料太陽能電池。中國科學院的研究人員成功開發出薄型、輕量且柔軟的矽基材料太陽能電池，即使在彎曲的狀態下仍能保持高效率。傳統的單晶矽太陽能電池具有高效率，但僅能放置在平坦的表面上，限制了它們的應用範圍。新技術透過減薄矽晶片、在表面上創建微觸點，並軟化觸點之間的管道，以防止開裂。這種柔軟電池比剛性電池輕95%，可以應用於各種表面而不會影響結構完整性。該電池已在極端環境下進行測試，展現了良好的性能。這項突破為矽基材料的太陽能電池開啟了新的應用可能性。該研究發表在Nature期刊上。
參考資料：Bendy solar panels are just as good as regular ones. New Scientist. 2023/05/24.

金屬短缺可能會阻礙電氣化發展
隨著道路上電動車的數量不斷增加，對電動馬達和電子元件等組件所需的關鍵金屬的需求也隨之上升。雖然提高回收利用率至關重要，但僅依靠回收無法滿足不斷增長的需求。因此，當關鍵金屬需求增加時，還需要探索其他替代材料。然而，在短期內，為了不妨礙電氣化的進程，必須增加礦山的開採。隨著歐洲道路上電動車越來越多，對電動馬達和電子元件等組件所需的關鍵金屬需求也不斷增加。瑞典查爾默斯理工大學(Chalmers University of Technology)代表歐盟執行的一項大型調查顯示，即使回收利用增加，目前的原材料生產水準也無法滿足未來對這些金屬的需求。電氣化和數位化使得歐盟車輛生產對關鍵金屬的需求不斷增長。此外，目前僅有很小比例的金屬從報廢車中回收。例如鏑、釹、錳和鈮等經濟重要金屬的供應受限，且原材料生產規模擴大需耗費時日。因此, 對這類金屬的依賴將帶來數個問題。研究人員指出，這些金屬的稀缺對歐盟來說，可能使未來難以獲取這些金屬，並認為回收利用需要提高，與此同時，也需關注如何將這些金屬替換為其他材料，但從短期來看，還需要增加礦山的開采，否則電動化的發展將受阻。此項調查及數據庫為決策者、企業和組織提供了實證基礎，以支持歐盟的關鍵金屬永續利用。
參考資料：Metal shortage could put the brakes on electrification. Science Daily. 2023/05/31.

氫電池：將氫儲存在煤中可能有助於推動清潔能源經濟
氫氣為清潔燃料，有望用於經濟中能源最密集的運輸、發電和製造業之中。但科學家們表示，要建設氫基礎設施並使其成為一種負擔得起且可靠的能源，還有很多工作要做。開發一種儲存氫的方法，這種方法目前既昂貴又低效。賓州大學的科學家們發現，煤炭可能成為一種潛在的儲存氫氣的方式，儲存氫氣猶如電池儲存能量，這有助於解決建立清潔能源供應鏈過程中面臨的重大障礙。這項新技術旨在解決氫氣的儲存問題，目前氫氣儲存代價高昂且效率低下。研究團隊發現，煤炭具有良好的吸附和擴散潛力，即可以儲存大量氫氣。研究人員表示，使用煤炭作為地質氫電池是合理的，因為煤炭資源豐富，並且我們已經建立了煤炭基礎設施。將氫氣注入煤炭後，氫氣會吸附在煤炭表面，與甲烷一樣，可以在需要時將氫氣抽出。這種方式可以促使煤炭開採社區為氫氣基礎設施的建設帶來新經濟機遇。該研究團隊未來將研究煤炭的動態擴散性和動態滲透性，以探討氫氣注入和抽取的速度。此研究發表於Applied Energy期刊上。(1632字；圖1)
參考資料：Hydrogen battery: Storing hydrogen in coal may help power clean energy economy. Science Daily. 2023/05/26.

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