Nikelio gaminiai: inovacijų skatinimas energetikos sektoriuje

Epochoje, kurią apibrėžia skubus tvarių ir efektyvių energijos sprendimų poreikis, nikelio gaminiai tapo kertine medžiaga, leidžiančia kurti naujos kartos energetikos technologijas. Nuo sprogstamojo elektrinių transporto priemonių (EV) augimo iki vandenilio ekonomikos skatinimo ir atsinaujinančiosios energijos sistemų tobulinimo, nikelio universalumas, tvirtumas ir patikimumas skatina precedento neturinčias inovacijas visame energetikos sektoriuje.

Pasak pramonės analitikų, tikimasi, kad nikelio paklausa energetikos srityje per ateinantį dešimtmetį augs daugiau nei 8 % per metus ir pranoks daugelio kitų bazinių metalų paklausą. Pasauliui sparčiau siekiant nulinio grynojo išmetamųjų teršalų kiekio tikslų, nikelio produktai ne tik dalyvauja – jie ir pirmauja energetikos revoliucijoje.

Kodėl Nikelis?

Išskirtinės nikelio savybės leidžia jį unikaliai pritaikyti energetikos reikmėms:

• Didelis energijos tankisBaterijose nikelis padidina energijos tankį, todėl energija kaupiama ilgiau ir efektyviau.

• Atsparumas korozijaiBūtinas atšiauriomis eksploatavimo sąlygomis, ypač jūrinėse vėjo ir saulės energijos įrenginiuose bei vandenilio gamybos įrenginiuose.

• Aukštos temperatūros stiprumasNikelio lydiniai išlaiko stiprumą ir vientisumą net esant ekstremalioms temperatūroms, o tai labai svarbu turbinoms, reaktoriams ir kuro elementams.

• Katalizinis efektyvumasNikelis veikia kaip galingas katalizatorius cheminėse reakcijose, įskaitant vandenilio gamybą ir naftos perdirbimą.

Dėl šių savybių nikelio gaminiai tapo daugelio svarbių energetikos sistemų pagrindine dalimi.

Nikelis akumuliatorių technologijose: elektromobilių bumo variklis

Viena iš labiausiai transformuojančių tendencijų energetikos sektoriuje yra spartus elektromobilumo augimas. Šio judėjimo pagrindas yra pažangios ličio jonų baterijos, kuriose nikelis atlieka pagrindinį vaidmenį.

Didelės nikelio koncentracijos katodinės medžiagos

Šiuolaikinės elektromobilių baterijos, ypač tos, kuriose naudojamos nikelio-kobalto-mangano (NCM) ir nikelio-kobalto-aliuminio (NCA) chemijos, labai priklauso nuo nikelio, kad padidėtų energijos tankis ir našumas. Didesnis nikelio kiekis katodo medžiagose leidžia transporto priemonėms nuvažiuoti didesnį atstumą vienu įkrovimu, išlaikant stabilumą ir saugumą.

Pavyzdžiui, „Tesla“ perėjimas prie akumuliatorių chemijos su dideliu nikelio kiekiu yra platesnės strategijos, kuria siekiama sumažinti priklausomybę nuo kobalto ir sumažinti akumuliatorių sąnaudas, kartu tiekiant ilgesnio nuotolio elektromobilius, dalis. Kiti didieji automobilių gamintojai, įskaitant „Ford“, „Volkswagen“ ir „GM“, panašiai pasirinko nikelio prisotintus dizainus, kad patenkintų vartotojų paklausą geresnių ir pigesnių elektromobilių.

Stacionarus energijos kaupimas

Be elektromobilių, nikelio turinčios baterijos yra labai svarbios stacionariose energijos kaupimo sistemose (ESS), kurios stabilizuoja atsinaujinančiosios energijos tinklus. Šios sistemos kaupia saulės ir vėjo energijos perteklių, kad galėtų jį panaudoti didelės paklausos laikotarpiais, ir taip labai prisideda prie šiuolaikinių elektros tinklų patikimumo ir atsparumo.

Nikelis ir vandenilio ekonomika

Kadangi viso pasaulio šalys daug investuoja į vandenilio technologijas, siekdamos sumažinti transporto, pramonės ir elektros energijos gamybos dekarbonizaciją, nikelio produktai tampa nepakeičiami.

Elektrolizeriai

Elektrolizeriai, kurie elektros pagalba skaido vandenį į vandenilį ir deguonį, dažnai naudoja nikelio pagrindu pagamintus elektrodus ir membranas, ypač šarminėse ir protonų mainų membranų (PEM) sistemose. Nikelio atsparumas korozijai ir katalizinės savybės idealiai tinka šiems didelio efektyvumo įrenginiams.

Didėjant žaliojo vandenilio gamybai – dėl mažėjančių atsinaujinančiosios energijos kainų ir palankios vyriausybės politikos – išaugs patvarių ir efektyvių nikelio komponentų poreikis.

Sandėliavimo ir transportavimo infrastruktūra

Vandenilio saugojimas ir transportavimas kelia unikalių iššūkių dėl jo reaktyvumo ir polinkio sukelti medžiagų trapumą. Nikelio lydiniai pasižymi reikiamu mechaniniu stiprumu ir atsparumu vandeniliui, kad būtų užtikrintas saugus vandenilio tvarkymas esant aukštam slėgiui ir kriogeninei temperatūrai.

Programos apima:

• Aukšto slėgio vandenilio kaupimo bakai

• Vamzdynai

• Kuro elementų komponentai transporto priemonėms ir pramoninėms reikmėms

Nikelis atsinaujinančios energijos sistemose

Nikelis taip pat atlieka svarbų vaidmenį plečiant atsinaujinančių energijos šaltinių, tokių kaip vėjo ir saulės energija, pasiekiamumą ir patikimumą.

Jūros vėjo jėgainės

Jūrinės vėjo jėgainės yra veikiamos vienos iš labiausiai korozinių aplinkų Žemėje. Nikelio turintys nerūdijantys plienai ir didelio našumo lydiniai yra plačiai naudojami:

• Turbinų pamatai

• Bokštai ir gondolės

• Povandeniniai kabeliai ir jungtys

Šie komponentai turi būti atsparūs jūros vandens korozijai, nuovargiui ir mechaniniam įtempimui per 20–30 metų eksploatavimo laiką, todėl nikelis yra esminė medžiaga, užtikrinanti jūrinio vėjo energetikos ekonominį gyvybingumą.

Saulės energijos infrastruktūra

Nikelio lydiniai naudojami koncentruotos saulės energijos (CSP) elektrinėse, kur jie turi atlaikyti aukštą temperatūrą ir korozinius šilumos perdavimo skysčius. CSP įrenginių šilumokaičiuose, vamzdynų sistemose ir kaupimo talpyklose dažnai naudojamas nikelis, siekiant išlaikyti efektyvumą ir išvengti brangaus degradacijos.

Branduolinė energija: saugumas ir ilgaamžiškumas svarbiausiose srityse

Branduolinėse elektrinėse medžiagų vientisumas ir saugumas yra svarbiausi. Nikelio lydiniai, tokie kaip Inconel® ir Hastelloy®, naudojami įvairiuose svarbiuose komponentuose, įskaitant:

• Reaktoriaus slėginiai indai

• Garo generatoriai

• Šilumokaičiai

• Valdymo strypo komponentai

Šie lydiniai pasižymi išskirtiniu atsparumu radiacijos sukeltiems pažeidimams, aukštos temperatūros korozijai ir mechaniniam dilimui, užtikrindami saugų ir ilgalaikį branduolinių įrenginių eksploatavimą.

Pradėjus veikti naujos kartos mažiems moduliniams reaktoriams (SMR) ir pažangiems branduoliniams projektams, tikimasi, kad nikelio pagrindu pagamintų medžiagų paklausa dar labiau išaugs.

Nafta ir dujos: švaresnės ir efektyvesnės gamybos skatinimas

Nors pasaulis pereina prie švaresnių energijos šaltinių, nafta ir dujos dar dešimtmečius išliks pasaulinio energijos derinio dalimi. Nikelis atlieka labai svarbų vaidmenį užtikrinant angliavandenilių gavybą saugesnę, efektyvesnę ir ekologiškesnę.

Rafinavimas ir naftos chemijos perdirbimas

Nikelio katalizatoriai plačiai naudojami rafinavimo procesuose, tokiuose kaip hidrokrekingas ir hidrovalymas, kur jie padeda pašalinti sierą ir kitus teršalus iš žalios naftos. Tai leidžia gauti švaresnį kurą ir sumažinti poveikį aplinkai.

Giliavandenis ir atšiaurių aplinkos tyrimų

Jūrinėse naftos ir dujų platformose nikelio turintys lydiniai yra būtini statant:

• Povandeninė įranga

• Srauto linijos ir stovai

• Šulinių galvutės

Šie komponentai turi atlaikyti itin didelį slėgį, temperatūrą ir korozinę aplinką, dažnai dešimtmečius be gedimų.

Iššūkiai ir tvarumas: nikelio ateitis energetikoje

Nepaisant daugybės privalumų, auganti nikelio paklausa kelia keletą iššūkių:

• Pasiūlos apribojimaiAukštos kokybės nikelio, tinkamo akumuliatoriams (1 klasės nikelio), atsargos yra ribotos, todėl reikia daug investuoti į naujus kasybos ir perdirbimo projektus.

• Aplinkosaugos problemosNikelio kasyba ir rafinavimas gali turėti didelį poveikį aplinkai, jei nebus tvarkomi atsakingai. Tvari praktika, perdirbimas ir ekologiškos gavybos technologijos tampa šios pramonės prioritetais.

• Kainos kintamumasNikelio kainos gali smarkiai svyruoti ir tai daro įtaką projektų ekonomikai akumuliatorių gamintojams ir infrastruktūros vystytojams.

Siekdamos išspręsti šiuos iššūkius, pirmaujančios įmonės investuoja į:

• Tvari kasybos praktika

• Geresnis nikelio perdirbimas iš panaudotų baterijų ir komponentų

• Alternatyvių akumuliatorių cheminių medžiagų, kurios optimizuoja nikelio naudojimą, tyrimai

Išvada: Nikelio vaidmuo ekologiškesnėje energijos ateityje

Pasauliui susiduriant su dviem imperatyvais – energetikos pertvarka ir klimato kaita, nikelio gaminiai vaidins vis svarbesnį vaidmenį. Nuo elektrinių transporto priemonių ir atsinaujinančiosios energijos sistemų iki vandenilio gamybos ir branduolinės saugos – nikelio universalumas, tvirtumas ir atsparumas yra neprilygstami.

Energetikos ateitis bus švaresnė, išmanesnė ir tvaresnė, o nikelis bus pats jos pagrindas.