水泥、陶瓷是国民经济基础建材产业，同时也是国内工业能耗与碳排放大户。数据显示，我国水泥行业年碳排放约12.1亿吨，建筑陶瓷行业碳排放近2亿吨，合计约占全国碳排放总量12%。传统生产依靠化石燃料提供1250~1450℃高温烧成条件，高能耗、高碳排痛点突出。在建材行业碳达峰、全国碳市场扩容的政策背景下，探索以太阳能替代化石燃料的高温制备路径，已经成为行业降碳的重要方向。
8月12日，在由太阳能光热产业技术创新战略联盟、中国工程热物理学会等主办，青海盐湖沃锦储热技术有限公司、中广核（青海）新能源投资有限公司、常州龙腾光热科技股份有限公司作为战略合作单位，山东电力建设第三工程有限公司、浙江可胜技术股份有限公司特别协办的2026第二十届中国太阳能热发电大会上，中国科学院电工研究所太阳能热利用技术研究部主任、国家重点研发计划重点专项项目首席科学家雷东强研究员围绕国家重点研发计划专项项目，带来《太阳能高倍柔性聚光制备水泥与陶瓷关键基础问题研究进展》主题报告，分享我国在太阳能高温聚光制备建材领域的阶段性攻关成果。
报告表示，太阳能聚光可以实现2000℃以上高温，但要落地水泥、陶瓷工业化制备，仍面临三大核心技术难点：一是聚光能流密度、光斑分布匹配烧成工艺；二是光子驱动物料物相转变、化学反应的内在机理；三是太阳能非稳态供能条件下反应器设计与运行调控难题。
项目团队针对上述难题开展全链条攻关。在聚光装备层面，完成新型回转塔式二次反射聚光系统研制，采光面积370㎡。第三方CNAS测试显示，在DNI=800W/m²条件下，峰值能流密度可达1623kW/m²，采光口入射光功率109kW，满足百千瓦级高温实验需求；通过单元镜俯仰跟踪补偿优化，全太阳行程能量接收效率提升约32%。
在反应机理研究上，依托分光谱太阳模拟器实验平台，揭示光热协同烧结机理：高能光子带来局部超高温，激增氧空位，降低离子扩散势垒，陶瓷莫来石成核生长进程被加速；水泥熟料在光子作用下反应能垒下降，可在更低温度更短时间完成烧成，晶粒更致密，水化活性得到提升。同时筛选CuO、Fe₂O₃、MnO₂等复合吸光剂，提升物料光吸收效率，为降低烧结能耗提供方案。
反应器样机研制取得实质突破。陶瓷窑炉样机实现2小时快速烧成，烧成陶瓷岩板样品第三方检测平均吸水率0.12%，断裂模数69.9MPa，达到陶瓷产品性能指标；水泥方向开发回转式、阶梯式两类反应器，静态物料最高温度突破1500℃，得到满足国标矿物指标的水泥熟料样品。同时搭建了太阳能驱动的水泥与陶瓷窑炉系统工艺全流程模型及其系统仿真平台，并完成了窑炉系统集成设计。
现阶段项目已经通过中期验收，正在向太阳能窑炉系统示范与运行调控阶段全力推进。下一步团队将聚焦聚光‑反应器自适应调控、窑炉系统集成优化，开展真实天气工况下连续制备试验。为高能耗高碳排的建材、钢铁、冶金等行业工业过程燃料绿色替代提供新的技术路线和理论基础。
太阳能聚光高温制备建材，为水泥、陶瓷等高耗能行业提供燃料替代的全新技术路线，未来将向钢铁、冶金等高温工业场景延伸拓展，为工业领域深度脱碳贡献光热方案。
作者｜雷东强
校对｜董清风