如何避免浪费大量能源

挪威浪费了大量能源。工业产生的剩余热量几乎得不到利用。

挪威科技大学(NTNU)的研究人员一直在研究解决这一问题的可能性。

“工业过程产生的余热是一笔巨大的资源，”Kim Kristiansen 说。

他刚刚完成了博士学位论文，该论文研究的是一项能够利用目前浪费的部分余热的技术。目前，工业生产过程中产生的几乎所有热量都直接排放到空气或海洋中，而且数量还不少。仅在挪威，工业每年就产生约 20 TWh 的废热。

这个数字对你来说可能没什么意义，但根据挪威水资源和能源局 (NVE) 的数据，这一数量相当于挪威所有家庭总用电量的一半。换句话说，大约相当于全部供暖需求。

Kristiansen 是化学系 PoreLab 热力学研究小组的成员。学术主管 Signe Kjelstrup 和研究小组经理 Øivind Wilhelmsen 是本文的共同作者。

饮用水作为额外奖励

这项技术还有另一个影响，这在挪威可能不那么重要，但可能会改变饮用水有限的国家的格局。

“这项技术不仅回收废热能，还可以净化工业产生的废水，”克里斯蒂安森说。

在世界许多地方，饮用水正成为日益稀缺的资源。

克里斯蒂安森说：“根据联合国儿童基金会的数据，每年已有 40 亿人至少有一个月遭遇严重的饮用水短缺，对能够应对这些挑战的技术的需求很高。”

因此，饮用水短缺是全世界八十亿人口中大约一半人面临的问题。

生产洁净水

那么这项新技术到底是什么呢?

“工业产生的废水经常受到污染。如果我们将这些不纯净的水通过防水膜上的小孔蒸发，那么从另一侧流出的冷凝水就可以饮用了，”克里斯蒂安森说。

这种方法最适合净化含有所谓非挥发性杂质(如盐)的水。这与酒精和许多其他有机物质不同，这些物质可以随水一起通过膜蒸发。

“因此，这项技术最重要的应用领域是海水淡化。工艺用水的处理也不例外，但根据其成分不同，处理工艺用水还面临其他挑战，”克里斯蒂安森说。

那么，该技术可以生产饮用水，但如何利用废弃能源呢?

利用温差抽水

当膜一侧的水被加热时，它会蒸发并通过冷凝在另一侧释放热量。然后，膜的两侧可能会产生压力差

克里斯蒂安森说：“温差可用于将水泵送上来，而压差则代表可用于驱动涡轮机的机械能。”这种现象称为热渗透。

看似简单，却别具匠心。

“我们研究了水和膜上孔隙之间的相互作用，以及水蒸发、通过孔隙传输和凝结时会发生什么，”克里斯蒂安森在谈到博士研究时说道。

他设计了有关膜特性及其对整个过程的影响的理论，并在实验室中系统地测量了这种影响。

“结论是，这项技术潜力巨大。通过改进膜，我们可以帮助解决日益严峻的能源效率要求和清洁饮用水短缺问题，”克里斯蒂安森说。

荷兰的想法

RISE PFI 研究机构的 Kristin Syverud 对改进该技术中使用的膜很感兴趣。

Kristiansen 的学术导师 Signe Kjelstrup 说道： “这项工作的出发点是荷兰 TNO获得赞誉的一个想法。”

她是名誉教授，曾任 PoreLab – 卓越中心首席研究员。TNO 是一家独立机构，致力于将研究成果转化为实际应用。

TNO 试验了名为“MemPower”(同时生产水和电)的概念，并在其设施中制作了原型。研究人员希望合作，但没有资金。解决方案是继续在 NTNU 进行开放研究。

“代尔夫特理工大学的 Leen van der Ham 与我取得了联系，我向当时化学系的团队介绍了这个想法，后来又向 PoreLab 介绍了这个想法。”

几年前，范德汉姆在挪威科技大学获得了化学博士学位，这表明建立联系是多么重要。他们与代尔夫特理工大学的学生 Luuk Keulen 合作，这项研究由来自 PoreLab 的 Kristiansen 和 Michael Rauter 继续进行。

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