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陶氏化学 绿色能源背后的强大推手
2011年34期 发行日期:2011-08-30
是谁?让漫漫黑夜跳跃希望的火苗?
是谁?让蛮荒时代沐浴文明的曙光?
是谁?甘愿触犯天条也要救人类于水火?
是谁?深受酷刑却无怨无悔?
啊!巨人,是你给人类带来火种。
送来光和热,
送来人类新的纪元!
                      ——节选自《普罗米修斯赞歌》

    希腊神话中的英雄普罗米修斯因为帮助人类从奥林匹斯偷取火种经历各种磨难,却始终无怨无悔。也被称为“先
觉之神”的他也许早已预见到“火”对于人类生存与发展的重要性,所以才有如此“以身犯险”之举。
  时光荏苒,已经拥有高度发达文明的人类在二十一世纪重回到当初的命题之前,只不过这一次,我们需要的不
是火种,而是各种可持续的、清洁的能源。
  我们无法期冀上苍再次赐给我们一个英雄的普罗米修斯,以一己之力救天下苍生,这一次我们只能靠自己。幸
运的是,已有一些领先者以“普罗米修斯般的先见之明”意识到了这个严峻的问题并投身其中。
  陶氏化学就是其中之一。
  这家以成为“全球盈利最佳、最受尊敬的科技型化学公司”为愿景的企业,立志“将激情融于创新,为客户提
供可持续发展的解决方案,为人类创造更美好的生活”为使命,将庞大业务的未来发展建立在“健康与营养、能源、
消费品、交通与基础设施”四大趋势之上。特别是在能源领域,陶氏化学凭借其卓越的创新能力和强大的技术平台,
以客户需求为导向,跨越部门界限,整合全公司资源,推出针对各种新能源的特性,分别推出了不同的整体解决方
案。

陶氏化学  绿色能源背后的强大推手
新材料铸就“追风之翼”
  好风借力方可九天驰骋。陶氏由COMPAXXTM结构泡沫系列与AIRSTONETM树脂,胶黏剂系列一起组成的陶氏风电
叶片材料的完整解决方案,让我们看到想要让风电成为更成熟、更普及的能源解决方案,材料技术如何“四两拨千
斤”。

     “好风凭借力,扶摇上九天”。
  与其他新能源相比,风能具有特别的优势:蕴藏量大、分布广泛、永不枯竭,对交通不便、远离主干电网的岛
屿及边远地区尤为重要。但如何才能捕捉到风那“不羁的身影”,得到更持续、高效的风能成为人们面临一个难题。
  对于庞大的风力发电机组而言,叶片可以说是“承载风的翅膀”——它将风能传递给发电机的转子,使之旋转
切割磁力线而发电。而这双翅膀的的形状、长度和面积则决定着风机“捕风能力”的高低,从而在发电机功率确定
的条件下,影响着风能的发电效率。
  叶片尺寸的大小则主要依赖于制造叶片的材料。叶片的材料越轻、强度和刚度越高,叶片抵御载荷的能力就越
强,叶片就可以做得越大,它的捕风能力也就越强。
  陶氏的AIRSTONETM 系统组合产品就是看准这一趋势而研发的。AIRSTONETM系统是专门为真空灌注工艺设计的
低粘度组合料,它可助缩短灌注时间,并提高层压板质量,而且生产出来的复合材料还具有良好的压缩和拉伸载荷
值,并能避免表面起皱。因此,当风力发电叶片长度的增加并超过40米时, AIRSTONETM系统组合产品就显示出其
非凡的性能。
  AIRSTONETM 系统组合产品在德国、美国、拉美和中国都设有指定的生产工厂,通过一个覆盖全球且反应迅速的
强大供应网络进行本地化供应。
  更长的叶片发展趋势带来了一个新的挑战——为了支撑大叶片旋转所产生的作用力需不需要进行增加叶片强度
的结构性调整?对此,陶氏拿出了简单易行的解决方法——COMPAXXTM 芯材复合材料——该材料自身轻巧,且静态
和动态机械强度很高,这使得它能够为叶片提供关键结构材料。该芯材可作为风力叶片的複合材料结构的一部分,
有效替代PVC 泡沫材料,从而降低生产成本,提高风力叶片的机械性能。
  值得一提的是,COMPAXXTM 700-X芯材为对环境友好的热塑性材料,切割损耗可以回收利用。使用其做成的制
件使用寿命终止后,该芯材仍可以回收利用,可以说是确确实实的“拥有卓越工艺性能的绿色材料”。
高科技成就“逐日梦想”
  从中国的“夸父追日”到希腊神话俊美有力的太阳神阿波罗,自古以来,人类无论种族都对太阳有着无上的崇
拜之情。人们将太阳称为“地球之母”,认为她的光和热是人类光明和热量的源泉。其实,太阳的能量不仅来自于“阳
光”,如今我们所利用的能源,大部分是直接或间接的来自于太阳——煤、石油等化石能源来自于凝聚了太阳能的古
生物,风能和水能是由于太阳对空气和水的加热才得以再生或许除了核能和地热,所有的能源都来自于太阳。
  太阳能是一种真正的取之不尽的清洁能源,尽可能地利用好太阳能是人类摆脱目前能源困境的重要对策之一。
目前全球直接利用太阳能的途径有两种:一是直接利用太阳的热能的太阳能热发电,另一种是是利用光电效应,将
太阳辐射能太阳光直接转换成电能的太阳能光发电。
  从太阳神到太阳能,人类正依靠强大的科技力量逐渐掌握并改变自己的命运,陶氏化学正是这背后的有力推手
之一。
ENLIGHTTM开启
太阳能光发电高效之路
  以太阳能光发电为例,该光—电转换的基本装置就是太阳能电池。那么一个晶体硅太阳能电池是怎样制造出来
的呢?总的来说,需要经过由多晶硅—硅棒(锭)—硅片—电池片—模组—光能发电系统的一个过程。而几乎每个
环节中,我们都能看到陶氏的科学技术结晶闪耀其中。
  多晶硅制备过程中,陶氏的多晶硅AMBERLYSTTM催化剂可以帮助实现多晶硅中间体全面和充分的催化效果,减
少废料和排放,提高生产效率;而DOWEXTM离子交换树脂,用于三氯甲硅烷(TCS)的提纯,可制造最优质的多晶硅;
另外,DOWTHERMTM导热油-导热流体能够收集、传输并储存热量,同时符合高温稳定性要求,适用于多晶硅提纯过
程。
  而从硅棒(锭)到硅片,会涉及到切片、清洗、制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜数步
工艺,其中,切片是指采用多线切割,将硅棒切割成正方形的硅片,此时陶氏聚二醇醚硅片切削液以优秀的刃廖悬
浮特性和杰出的冷却效果能够实现更高质量的硅片切割、并有效降低切割液消耗且提高切割效率。而陶氏的超滤膜、
反渗透膜和离子交换树脂更是能帮助切削液及切割废水循环再利用,不仅降低了生产成本还减少了对环境的影响。
切片之后,陶氏的ENLIGHTTM清洗、制绒、成像和金属化解决方案,能够有效提高太阳能电池的制造性能。
  太阳电池片经过上述工序后,已经制成PN结,可以在光照下产生电流,为了将产生的电流导出,需要在电池表
面上制作正、负两个电极。制造电极的方法很多,而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。当
电极宽度较窄、高度较高,并且边部整齐从而可以减少正面阴影的时候,模块的广电转换效率得以提高。此时,陶
氏沃尔富纤维素业务部的乙基纤维素ETHOCELTM光伏导电浆料粘合剂可以大显身手了,它可将电子浆料中的金属颗
粒粘结在一起,并提供优异的流变性能. 电子浆料中的的银粉等成份非常贵重,因此,粘结剂各批次之间保持性能
的稳定性至关重要. 由于其纯度高、煅烧后残余物少、流变性能可以进行调整以及不同批次之间的高度一致性,使
得ETHOCELTM粘结剂非常适合应用于太阳能电池的电子浆料.。
  最后,将单片电池片组装到背板上制成太阳能模组,陶氏此环节的明星产品是可实现长期稳定性和更高的环保
性能ADCOTETM和MOR-FREETM粘合剂;以及用作保护性密封剂的ENLIGHTTM聚烯烃密封剂薄膜,有助于降低模组系
统的整体成本,提升效率和可靠性。
  此外,在电池生产过程中,还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空等外围设施。如何使得“太阳能光伏
电池”这一绿色产品“复杂而精细”的生产过程也实现“环保、低碳、可持续”?陶氏ENLIGHTTM金属回收解决方
案针对优化ENLIGHTTM金属化工艺,可减少生产流程中冲洗水对环境的影响;而陶氏超滤膜、反渗透膜和离子交换
树脂技术被用于水质净化和处理环节反渗透膜和离子交换树脂技术被用于水质净化和处理环节超滤,保证了太阳能
板和多晶硅生产的高质量冲洗用水。
  在太阳能光发电领域另一代表性的产品是陶氏POWERHOUSETM太阳能屋面瓦。该产品天才地将“屋面保护”与“发
电装置”整合起来,与传统屋面相比降低50%的安装成本,并通过电器连接简化布线。产品出色的性能和方便的使
用使得其迅速得到了大众的认可——《时代》杂志评其为“2009年50项最佳发明”之一, 2010年还获得环球创建
奖的“新兴科技最优环境”奖,另外,美国还政府拨款1亿4千万美元补助金来加速规模化生产。目前该产品将在
北美上市。
DOWTHERMTM
“预热”太阳能热发电领域
  最后我们再谈一下太阳能热发电领域。
  所谓太阳能热发电是指利用大规模阵列镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,然后结合传统汽轮发电机
技术,达到发电的目的。
  相对于光伏发电的“火爆”, 中国的太阳能热发电领域似乎颇有些“门庭冷却”的萧瑟,但中国目前最大的太
阳能热发电项目——内蒙古50兆瓦项目的启动似乎重新燃起了人们对于太阳能热发电市场的热情。有专家认为,太
阳能热发电或称光热发电一旦启动,其发展速度将比光伏发电更快,甚至有可能挑战火电,成为一种基础电力。
  1984年,世界上最早的太阳能热发电站出现在美国加州。这之后,由于电站集成技术方面存在阻碍,太阳能热
发电有过近20年的停顿,从而给光伏发电留出了极大的发展空间。从理论上讲,采用太阳能热发电技术,可以避免
光伏发电中昂贵的硅晶光电转换工艺,大大降低太阳能发电的成本。白天,太阳能热发电站的集热系统直接驱动汽
轮机发电,同时把部分热量储存在巨大的容器组成的蓄热系统;晚上,则可以利用蓄热发电。
  目前太阳能热发电有槽式、塔式和碟式三种系统。槽式太阳能热发电技术是在国际上商业化运行最成功的方式,
因为这种方式可实现大功率低成本运行。在槽式太阳能热发电系统内,高温储热介质和高温导热油尤为重要,它决
定系统的运行效率和最大发电功率。陶氏合成有机导热油DOWTHERMTM A和DOWTHERMTM XE作为储热介质和管路系统
内的导热油,已在国外众多项目中获得成功应用。
  下图为美国加利福尼亚州在Kramer Junction处SEGS III期太阳能热发电项目,陶氏高温导热油DOWTHERMTM A
已应用于该项目。
  科技进步给人类带来福祉。英雄的普罗米修斯,俊美的阿波罗对于人类来说,曾经是万能的,可以寻求庇护的
神灵,这让早期人类在面对洪荒自然之时减轻了心中的恐惧与孤独;而在现代社会,我们不断追求科技带来的最大
效益,与此同时,仍然需要“神圣使命”的呼唤和激励,对自然仍然需要怀有深深的敬畏之心,这样,我们的眼光
才能看得更远,我们的步伐才能更  稳健,我们的创新探索才更持续,人类才能与这颗蓝色的星球一起走向漫漫未
来。
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