本發(fā)明涉及移動式(mobil)能量載體和能量存儲器，通過該移動式能量載體和能量存儲器可以將能量以材料(Materie)形式從廣泛分布在世界各地的具有例如大量太陽能、風(fēng)能或其他CO2中性能量的區(qū)域(例如赤道)輸送到需要大量能量的區(qū)域，例如歐洲。
普遍存在的問題是，能量是稀有并昂貴的，世界范圍內(nèi)的油儲量是有限的，并且使用能量時必須控制二氧化碳的釋放量。
因此，總是需要研制這樣一種能量載體，其向工業(yè)區(qū)域提供可用的且盡可能CO2中性(CO2-neutral)的能量載體。
曾經(jīng)作出很多努力想要突破限制對儲存在天然巖石或沙石中的能量加以利用。特別是在提煉硅時已經(jīng)進行了研究，從石英或沙石中獲得能量。這通過使用類似烴類的化合物實現(xiàn)，而該化合物必須通過一系列耗能大的中間步驟獲得。
然而，到目前為止，所作的努力總是失敗，這是因為當(dāng)考慮所有因素如所含能量的釋放、運輸?shù)葧r，得到的是負(fù)的能量平衡。
本發(fā)明的目的因此是提供一種移動式能量載體，通過該移動式能量載體，在正的能量平衡的情況下，能量例如赤道處的太陽能可以被吸收且在中歐再次被釋放。然而，能量載體也可以在工業(yè)國家用于存儲過剩的能量。
本發(fā)明的主題和解決方案是單質(zhì)金屬(elementarer Metall)形式的能量載體，其中所述金屬是電正性金屬(elektropositiver Metall)。本發(fā)明的另一主題是電正性金屬作為能量載體和能量存儲器的用途。
本發(fā)明中的表述“能量載體”表示這樣一種可以解決所提出問題的材料，也就是說，該材料吸收圍繞全球的CO2中性的且可再生的能量，然后能夠盡可能低成本地輸送該能量，并可以在任意時間再釋放所存儲的能量。
能量載體適合用于直接以電化學(xué)原電池的形式用于發(fā)電，通過與空氣中的氮反應(yīng)生成肥料并同時產(chǎn)生熱能，以及僅通過燃燒產(chǎn)生能量。能量載體可以很好地構(gòu)成可能的能量鏈的開端。
太陽能電池的制備實現(xiàn)了將太陽光直接轉(zhuǎn)化成電能。在本發(fā)明中首次提出的能量載體和能量存儲器可以用于存儲光電效應(yīng)產(chǎn)生的能量。
優(yōu)選采用獲得量充足的金屬。鋰占地球表面的0.006％，與天然存在的銅和鎢的相當(dāng)。與其他堿金屬和堿土金屬相比，鋰在輸送特性和能量釋放方面具有優(yōu)勢。也可以使用其他的在本發(fā)明范圍內(nèi)可用作能量存儲器和能量載體的電正性元素，例如鋅、鎂、鋁和/或鑭系金屬，它們也以足夠量存在并且可以在此用作能量載體。
金屬優(yōu)選為強電正性金屬，除此之外其重量也要輕。金屬如鋰是特別合適的。密度為0.534g/cm3的鋰是所有固態(tài)元素中僅次于固態(tài)氫的最輕元素。
由于單質(zhì)形式的鋰具有特殊的電子排布，該金屬具有最強的電正性，因為其給出2s層中的單個電子的傾向性是很高的。鋰因此具有最高的負(fù)電勢，-3.045伏。
因此，如下進行能量存儲循環(huán)：首先，由天然存在的碳酸鋰制備能量載體鋰，或者通過熔融電解制備由碳酸鋰衍生的鹽。
正如其他堿金屬如鈉和鉀與水和空氣會劇烈反應(yīng)一樣，鋰也與水和空氣劇烈反應(yīng)，但是程度會稍弱。
因此，優(yōu)選以固體整體容器(massive Gebinden)的形式運輸，從而存在盡可能少的被空氣和水侵襲的表面。由此，鋰可以通過太陽熱熔化，且可以液體的形式泵出。出于存儲目的，將能量載體凝固。這同樣也適用于其他堿金屬，并在受限的程度上也適用于鋅。
可選的輸送形式也可以固體形式輸送的氫化鋰。也可以考慮使用其他的鋰衍生物，例如鋰復(fù)合物化合物(Lithium-Komplexverbindung)。
為了釋放能量，主要利用與水或空氣中的氧所進行的反應(yīng)。將生成的氫氧化物或氧化物再一次地導(dǎo)回至循環(huán)中。
偶然與氧或水反應(yīng)生成的產(chǎn)物都是水溶性的，并且可以被CO2中和。由此與核能形成對比，這不會對環(huán)境造成長期的破壞。
鋰已用作陰極電極中的活性材料。由于標(biāo)準(zhǔn)電勢為約-3.5伏(所有化學(xué)元素中負(fù)電勢最高)，以及由此可以實現(xiàn)的高電池電勢和高理論電容量(3.86Ah/g)，鋰為用于電化學(xué)電池的“理想”的陰極電極材料(陰極材料)。因此通過電化學(xué)原電池(例如與空氣陽極連接)可以得到電能。
本發(fā)明還包括以下內(nèi)容：
項1.單質(zhì)金屬形式的移動式能量載體和能量存儲器，其中所述金屬是電正性金屬。
項2.根據(jù)項1所述的能量載體，其包括鋰、鋰合金、氫化鋰和/或其他鋰衍生物。
項3.根據(jù)項1和2中任一項所述的能量載體，其包括堿金屬和/或堿土金屬。
項4.根據(jù)前述項中任一項所述的能量載體，其包括鋅、鎂、鋁和/或鑭系金屬。
項5.電正性金屬的氧化合物作為制備項1～4中任一項所述的移動式能量載體或能量存儲器的原料的用途。
項6.鋰用于制備氮化鋰以及接著轉(zhuǎn)化為含氮肥料的用途。
項7.鋰在電化學(xué)原電池中的用途。
通過實例描述鋰的用途，相比較先前的技術(shù)(例如從油中得到能量)使用所提出的本發(fā)明移動式能量載體是有利的。
鋰可以由天然存在的巖石或由電解(特別是熔融電解)鈉-鉀鹽方法(碳酸鹽形式)的副產(chǎn)物以電化學(xué)方式制備。氫化鋰可以直接由單質(zhì)通過太陽能熱(solarthermisch)的反應(yīng)在提高的溫度下制備。
所有類型的可再生能量可以用于電解。具體地，風(fēng)能、太陽能、生物氣能或核電站的過剩產(chǎn)能可以用來獲得單質(zhì)形式的純鋰。
鋰以純金屬或氫化物的形式進行輸送。在這個情況中需要采取防范措施，盡管如此，但是在海運時金屬可以在雙殼船中運送，此時輸送的環(huán)境風(fēng)險小于輸送油時的環(huán)境風(fēng)險，因為鋰與水或空氣中的氧的所有反應(yīng)產(chǎn)物都是水溶性的。
鋰(0.54g/cm3)或氫化鋰(0.76g/cm3)的密度比水的密度小得多。裝載有能量存儲器的船只或容器因此是不會沉的。這在有限的程度上也適用于其他堿金屬。
為了進行在裝載和卸載，具有較低熔點(約180℃)的鋰金屬例如可以抽吸(pump)。在所有的堿金屬中，鋰的液態(tài)范圍最寬。
呈純金屬或金屬氫化物形式的電正性金屬如鋰及其同族金屬鈉、鉀以及鋅、鋁、鎂和鑭系元素因此可以用作能量載體。
因此建議，在世界范圍內(nèi)的合適地點使用可再生能量制備單質(zhì)金屬如鋰或氫化鋰，然后在合適(如密封的隔絕空氣和氧氣的)的容器中將該金屬運輸至歐洲或其他需要能量的區(qū)域，在這些區(qū)域，金屬或金屬氫化物中儲存的潛在能量可以通過與氧(“燃燒”)或水的反應(yīng)以對環(huán)境呈中性的方式釋放。
鋰雜燃燒時釋放的熱能是-599.1kJ/mol或-143.1kcal/mol或-20.4kcal/g，大約是煤的三倍多。
然而，與煤形成對比，鋰的燃燒將不會產(chǎn)生廢氣問題，因為鋰定量燃燒形成氧化物，該氧化物沒有必要進行存儲，而是可以在適當(dāng)再輸送至世界上的合適位點后由該氧化物得到純形式的金屬。
當(dāng)金屬與水反應(yīng)時會釋放更多的能量。生成的副產(chǎn)物是氫氧化鋰，其同樣可與燃燒產(chǎn)生的氧化物一樣作為原料用于獲得鋰。
鋰用作能量存儲器的另一重要優(yōu)勢在于，其可以直接用來生產(chǎn)肥料，肥料對于向全世界人口提供食物是非常重要的。它也可以用來獲得生物氣(Biogas)，雖然效率很有限。
在此，鋰和空氣中的氧直接反應(yīng)成氮化鋰。即使在室溫下該反應(yīng)也緩慢地進行，但是可以通過提高溫度控制反應(yīng)。接著，氮化鋰與水反應(yīng)成氨和氫氧化鋰。氨是化學(xué)工業(yè)中一個重要的氮源。大量的氨用于制備肥料。此時釋放大量的熱能。根據(jù)奧斯特瓦爾德法(Ostwaltverfahren)燃燒氨。由此生成的硝酸被氨中和。所得的硝酸銨可以直接用于農(nóng)業(yè)中。
因此，通過使用鋰作為能量載體和能量存儲器，可以實現(xiàn)無需化學(xué)燃料而生產(chǎn)肥料。此時，太陽能存儲在高質(zhì)量肥料中。鋰起介質(zhì)作用。
電化學(xué)原電池是能量存儲器，例如原電池(galvanisches Element)，其中存儲的能量是即用的，并且與二次電化學(xué)電池(所謂的蓄電池)形成對比，其原則上是不能再充電的。
本發(fā)明首次提出使用電正性金屬，特別是鋰，用于解決普遍的能量問題。對此，出人意料地發(fā)現(xiàn)，鋰由于其輕便性、極端的標(biāo)準(zhǔn)電勢及其寬的液態(tài)范圍，實際上比石油更好地且對環(huán)境風(fēng)險更小地適用于輸送能量。這具體是因為鋰在與水或氧反應(yīng)時形成了水溶性產(chǎn)物，它們一旦發(fā)生反應(yīng)，就可以被CO2中和(1g LiOH結(jié)合450ml CO2)。另外，鋰用于固定空氣中的氮從而使其可用于生物循環(huán)，例如用于肥料領(lǐng)域中。