在迈向气候中性经济的进程中，工业界必须大幅削减二氧化碳排放。对于陶瓷、金属加工等拥有大规模高温燃烧工艺的行业而言，这是一项巨大挑战。德国图林根州阿恩施塔特的弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所（IKTS）近日研发出一种新型氢基高温炉，能够在保持产品质量不变的前提下，实现完全无二氧化碳的燃烧工艺。
该高温炉位于弗劳恩霍夫IKTS阿恩施塔特基地，具备使用天然气或氢气双燃料运行的能力。这一设计为企业提供了宝贵的机会，使其能够在实际生产环境中进行对比测试，验证具体燃烧或烧结工艺，并最终顺利过渡到气候友好的纯氢燃料炉。德国图林根州通过“工业氢技术图林根（WaTTh）”专项基金提供了1030万欧元的资助，该项目由IKTS与纽伦堡的炉具制造商Riedhammer合作实施。
尽管市场上已有氢气燃烧的窑炉，但它们无法运行天然气。阿恩施塔特的这台设备是全球唯一能同时兼容两种燃料的同类设备。IKTS高温膜与存储组组长奥尔加·拉夫基娜博士指出：“这是全球独一无二的。我们能够对不同的陶瓷材料或金属，在天然气和氢气两种条件下进行对比研究，从而准确评估燃料切换对最终产品质量的影响。”此外，研究所还提供全面的化学与机械性能分析能力，对烧结材料进行伴随性表征。
在燃料切换过程中，燃烧室结构及温度分布保持不变，仅需更换总共五个燃烧器头即可。这种设计确保了极佳的对比条件，能够精准判断燃料变更是否会导致产品变化。该烧结炉拥有500升的有效容积，是进行工业级现场试验的理想尺寸，便于将结果推广至大型工业炉。其最高温度可达1700摄氏度，安装功率为1000千瓦，单次燃烧试验可处理150公斤材料。
得益于先进的传感技术和数字化监控系统，整个烧结炉内的燃烧过程被精确观测和记录。多个热电偶实时捕捉炉内不同位置及后燃烧阶段的温度，升温速度、升温速率、保温阶段及炉内气氛等关键参数均纳入监控范围。氧化或还原条件下的燃料空气比均可调节，甚至可以对脱脂工艺（即从陶瓷中热去除有机添加剂）进行对比测试。
对于制造企业而言，中断生产线进行燃料切换测试成本极高，往往难以在自有车间实施。弗劳恩霍夫IKTS的这款专用烧结炉正是为了解决这一痛点。该设备最初聚焦于工业陶瓷、卫生陶瓷及日用陶瓷制造商，同时也面向涉及高温工艺的金属部件生产商。使用氢气燃烧时，仅排放水蒸气，帮助企业满足日益严格的碳排放法规。传统炉窑只需更换新燃烧器即可低成本改造为氢燃料运行，若氢气源自太阳能或风能电解水，则构成真正的“绿色氢能”，实现全过程零温室气体排放，并节省昂贵的碳配额成本。
对中国陶瓷及新材料行业而言，德国在氢能工业应用上的“双燃料过渡”思路极具参考价值，既兼顾了技术验证的严谨性，又降低了企业转型的试错成本，值得国内企业在制定脱碳路线图时重点关注。
