研究人员提出利用工业废热的智能解决方案

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。挪威科技大学的研究人员一直在研究解决这一问题的可能性。

“工业生产过程中产生的余热是一种巨大的资源，”金·克里斯蒂安森说。他刚刚完成了博士学位论文，研究一种可以充分利用目前被浪费掉的余热的技术。

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20TWh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SigneKjelstrup和研究小组经理ØivindWilhelmsen是目前发表在《海水淡化》杂志上的文章的共同作者。

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游戏规则。

克里斯蒂安森说：“这项技术不仅能回收废热能，还能净化工业产生的废水。”

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80亿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，处理工艺用水还会带来额外的挑战，”克里斯蒂安森说。

因此，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：“温差可用来将水泵送上来，而压差则代表机械能，可用来驱动涡轮机。”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发生的情况，”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。

“结论是这项技术具有巨大的潜力。通过改进膜，我们可以帮助解决与能源效率要求和清洁饮用水缺乏相关的日益严峻的挑战，”克里斯蒂安森说。

荷兰的想法

RISEPFI研究机构的KristinSyverud对改进该技术中使用的膜很感兴趣。

克里斯蒂安森的学术导师SigneKjelstrup说：“这项工作的起点是荷兰应用科学研究组织(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LeenvanderHam与我取得了联系，我向当时我在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LuukKeulen合作，这项研究由PoreLab的Kristiansen和MichaelRauter继续进行。

实际挑战

“业界对膜蒸馏的概念表现出了兴趣，但到目前为止，全球只有少数几个试验工厂，”克里斯蒂安森说。

他解释说，工业界落后于学术界的主要原因与膜技术相关的实际挑战有关。例如，这适用于恶劣工业条件下膜的使用寿命。

克里斯蒂安森说：“国际上学术界和工业界正在进行大量工作来应对这些挑战并将这项技术商业化。”

MemPower概念涉及根据温差将废热转化为机械能。

克里斯蒂安森说：“我的印象是，业界尚未充分意识到这一概念及其所提供的机会。”

最新文章的结论之一是，与更成熟的基于膜的能源工艺相比，该工艺的能源生产潜力更具竞争力。他认为，这有助于增加商业利益。