钛如何改变清洁能源生产

钛用途广泛，如果它在自然界中含量丰富，它将彻底改变我们制造、储存和使用能源的方式。

几乎每次打开科学杂志时，都会发现钛的新应用。其中包括 3D 打印钛吉他等产品；使用氮化钛的可持续电池；部分由钛制成的微型机器人；还有很多很多。

 

根据 Fior Markets 发布的一份报告，也许这些新应用是全球钛合金市场预计到 2025 年将增长到 68.7 亿美元的原因。许多涉及钛的发现和创新——例如研究人员意外地将锂离子电池的寿命延长了四倍——已经在电气工程领域发生。该领域一些最有前途的钛基创新涉及环保的能源生产系统。

从海水中提取

能量 钛被证明是有用的一种可持续能源生产解决方案是位于夏威夷的 Makai 的 OTEC 试验台。这个发电项目使用冷暖海水产生 100 千瓦的电力，这在一定程度上要归功于钛。你看，有很多太阳能（即来自太阳的能量）储存在热带海洋中。为了获得这种动力，朗肯循环 OTEC 热机吸入温暖的海水，并用它来加热系统中的无水氨工作流体。液态氨变成高压蒸汽，使涡轮机旋转，从而产生电力。一个不同的热交换器将氨蒸汽冷却成液体，然后循环重新开始。

以这种方式生产能源实际上比通过核聚变更便宜，但有一个问题。OTEC 系统需要使用可以深入海洋 3，000 英尺的金属管道来吸入冷海水，并使用更多管道来吸入温暖的地表水。如您所知，金属管道在海水中很容易腐蚀，因为海水中的盐浓度很高。

钛和锈

与其他金属不同，钛基制品即使在极咸的水中也能抵抗腐蚀。它们还可以很好地导热，这使它们成为制造朗肯循环 OTEC 热机的理想材料。此外，钛合金恰好是最坚固的金属之一，这就是为什么它们在如此多的工业应用中得到使用。

然而，你不能在你的后院挖钛，因为这种金属很稀有，这就解释了为什么它如此昂贵。事实上，唯一想用钛建造类似 OTEC 的发电厂的国家是日本。为了实现这一目标，他们将不得不使用世界上已探明的钛资源的 7%。幸运的是，钛与其他矿物质的混合物可以用于生产清洁能源而不会破坏银行。

击败所有太阳能电池板的太阳能电池板

如果您负担不起使用大量钛来制造大量吸水管道，那么也许您可以负担得起使用非常少量的钛来制造高效且低成本的钙钛矿太阳能细胞。

这些太阳能电池有望超越市场上所有其他太阳能电池。事实上，2019 年 3 月，来自东海大学的日本研究人员宣布，他们已经制造出效率达到 16.8%的基于钙钛矿的太阳能电池（当今可用的大多数太阳能电池的能效等级仅在 11% 到 15% 之间）。研究人员通过在他们的细胞上涂上氧化钛的变体来实现这一目标。

与纯钛不同，氧化钛在自然界中含量丰富，这也是为什么涂有这种物质的钙钛矿太阳能电池可能比钛基 OTEC 发电机更早进入市场的原因之一。钙钛矿太阳能电池不仅实现了高效率，而且与传统的同类产品相比，它们的可扩展性和生产成本也更低。此外，薄膜钙钛矿面板具有柔韧性、半透明和重量轻的特点。

细菌驱动太阳能电池

在另一个部署中，二氧化钛纳米涂层可用于增强细菌驱动太阳能电池的发电量。来自加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的研究人员提出了一种低成本的生物太阳能电池，该电池具有产生染料的细菌。

当天空多云或阴天时，这种太阳能电池的效果与晴天时一样好。它使用一种安全的大肠杆菌菌株来实现这一目标，该菌株被设计用于产生番茄红素，一种“收集”光并将其转化为电能的天然染料。考虑到这一切，很明显，未来的太阳能电池板将比我们今天拥有的更时尚、体积更小、效率更高。

钛用途广泛，如果它在自然界中含量丰富，它将彻底改变我们制造、储存和使用能源的方式。幸运的是，研究人员现在正在寻找创造性的方法来有效地使用这种材料，而无需花费太多钱。　　

      审核编辑：彭静