頂刊Joule，再現犀利評論：這個研究方向，就是浪費時間！

低品位廢熱回收，就是浪費時間

工業熱量消耗占據了全球工業碳排放的四分之三，因此實現工業熱量的脫碳對于減排和保持制造業競爭力至關重要。當前挑戰在于需要找到能夠替代化石燃料燃燒、可規?；茝V的高效電氣化供熱技術。盡管回收利用工業過程中產生的廢熱以提高能效的理念已存在數十年，但其實際應用，尤其是針對低溫廢熱，往往因投資回報率低而難以推行。

工業熱泵領域初創公司AtmosZero的聯合創始人Addison Killean Stark評論文章指出，無論是將廢熱轉化為電力，還是通過熱泵進行升溫再利用，在低溫條件下（通常低于100°C）通常都缺乏經濟可行性。文章認為，問題的核心并非物理定律的限制，而是工程經濟學和部署邏輯上的困境：低品位廢熱往往分散、間歇且位置不便，導致每個回收項目都成為定制工程，成本高昂且難以規模化。相關論文以“Waste heat is mostly a waste of time”為題，發表在Joule上。

文章首先回顧了現有研究，指出廢熱發電僅在熱源溫度高且穩定時才具有經濟性。對于低溫廢熱，其轉換的卡諾效率低，單位發電量的資本成本過高。那么，將廢熱用于供熱本身，例如通過工業熱泵將其提升至工藝所需的溫度（如飽和蒸汽），是否更可行呢？理論上，熱移動比熱轉換受熱力學第二定律的限制更小，但技術經濟分析（TEA）揭示了相似的困境。

為了量化比較，研究人員對一個年收入1億美元、熱負荷為1兆瓦、需要150°C蒸汽的制造工廠的電氣化方案進行了分析。對比方案包括電阻電鍋爐、標準化空氣源蒸汽熱泵以及不同廢熱源溫度的廢熱驅動蒸汽熱泵。表1定性地比較了幾種電氣化解決方案的關鍵特征：空氣源熱泵和電鍋爐的安裝復雜性、占地面積、資本支出（CAPEX）和潛在運營中斷風險都較低或中等；而廢熱熱泵在這些方面均處于劣勢，尤其是安裝復雜性和對運營的潛在干擾風險很高。

分析中采用的成本數據基于美國能源信息署（EIA）的報告，表2詳細列出了廢熱集成項目的各項成本假設，包括熱回收設備、人工材料、項目施工、工程設計等，總計每千瓦熱回收成本高達1788美元（廢熱溫度>30°C時）。圖1直觀展示了經濟對比結果。圖1A比較了各系統的增量資本支出（包含安裝廢熱捕獲系統可能導致1-5天停產造成的收入損失）和年度運營成本?？梢钥闯觯瑹岜孟到y雖然運營成本遠低于電阻鍋爐，但其資本支出也顯著更高。圖1B則顯示了各廢熱驅動熱泵系統相對于空氣源熱泵系統的增量投資回收期范圍。結果顯示，對于低于30°C的低溫廢熱，其回收期相對于空氣源系統超過10年；即便是60°C的廢熱，如果工廠因安裝而停產5天，回收期也可能長達15年。這清晰地表明，考慮到集成成本、停產損失以及廢熱可用性與工藝需求可能不同步等問題，利用廢熱驅動的熱泵在經濟上常常不具備吸引力。

圖1. 一個年收入1億美元、電價為80美元/兆瓦時的工廠中，150°C蒸汽鍋爐電氣化項目的經濟比較。 （A）增量資本支出成本（堆疊柱狀圖）的原始比較，包含了在制造車間安裝廢熱捕獲系統導致的1-5天停產相關的收入損失。運營成本（折線）是運行該系統相關的年度電費。 （B）與空氣源系統相比，廢熱驅動熱泵系統用于提供150°C蒸汽的增量投資回收期范圍（包含0到5天的安裝停產時間）。

文章進一步深入探討了“為何廢熱回收難以規模化”。關鍵在于，能夠規?；募夹g依賴于規模化制造帶來的成本下降，例如鍋爐、太陽能光伏板和鋰離子電池，它們具有標準化、模塊化、易于部署的特點。相反，廢熱回收每個項目都需定制，如同每次都要新建一個化工廠，無法享受標準化帶來的成本紅利和快速部署優勢。此外，除了經濟因素，實際部署中還面臨空間限制、廢熱與工藝需求時間不同步、監管負擔、維護復雜以及制造商風險厭惡等多重障礙。

綜上所述，盡管在少數特定高溫、高負荷因子且廢熱易于獲取的場景中，廢熱回收可能具有經濟價值，但這并非普遍規律。該評論文章的核心結論是，為了實現工業熱量快速、經濟有效的脫碳，業界和政策制定者應將資源和注意力轉向可規?；⒖蓮椭啤⒛K化的解決方案。這意味著優先發展標準化、工廠化制造的技術（如空氣源熱泵），在可能的情況下直接電氣化供熱，并對那些盡管工程上精巧卻無法通過大規模部署現實檢驗的方案持審慎態度。未來的道路在于聚焦于能夠廣泛應用的解決方案，而非執著于難以駕馭的“廢熱”。

還有哪些方向，也是浪費時間？歡迎評論！