中國科學家近日發佈了一款全新超高溫熱泵，這款熱泵沒有運動部件，未來可能使陽光或工業廢熱能為全球一些最耗能的行業提供動力。這項創新熱泵由中國科學院 (CAS) 的研究團隊開發，該團隊由物理學家和技術物理與化學研究所的總經理羅爾倉博士領導。利用一種新型的熱聲斯特林熱泵，研究人員展示了一種將低品位熱源轉化為比傳統熱泵更高溫度的方式。
在實驗室測試中，該原型機在依賴 293 華氏度 (145 攝氏度) 的熱源驅動下，能夠提供 518 華氏度 (270 攝氏度) 的輸出溫度。這一成果超越了長期以來約 392 華氏度 (200 攝氏度) 的實際極限，這一極限限制了大多數工業熱泵技術數十年之久。
這款熱泵不同於傳統的蒸氣壓縮系統，沒有任何運動機械部件。它依賴熱聲學，即聲波與熱量之間的互動，來轉移熱能。該系統將熱量轉換為強烈的駐波聲，進而從低溫源向高溫源輸送能量。設計用於利用太陽熱能收集器、核反應堆熱或工業廢氣等中等熱源，這款熱泵能夠將浪費的熱能轉化為高品位熱能。
這一輸出適用於陶瓷、石油化工和冶金等工業過程，有望降低對化石燃料的依賴，尤其是在難以脫碳的行業中。根據報導，工業供熱約占中國總熱能消耗的 40%。國際能源署 (IEA) 表示，中國的技術選擇將對全球脫碳路徑產生重大影響。
目前，中國單獨損失的總能量中有 10% 至 27% 以廢熱形式流失。即使捕捉和升級其中的一小部分，也能顯著提高工業效率，減少碳排放。現階段，先進的吸收熱泵通常能提供約 212 華氏度 (100 攝氏度) 的溫度，而吸收熱變壓器則難以超過 392 華氏度 (200 攝氏度)。許多工業過程，如造紙、染色、釀造和製藥，需要的熱量介於 212 華氏度至 392 華氏度之間，而陶瓷、冶金和石油化工則通常需要的溫度在 392 華氏度以上，甚至可達 1,832 華氏度 (1,000 攝氏度)。
為了克服這一限制，團隊開發了一種熱聲熱泵，認為這將有助於縮小工業供熱中的溫度差距。羅博士及其同事相信，隨著材料和系統設計的進步，超高溫熱泵到 2040 年有可能提供高達 2,372 華氏度 (1,300 攝氏度) 的零碳熱量。在這樣的高溫下，根據中國科學院研究人員的說法，太陽能或核能熱有潛力用於支持目前依賴化石燃料的金屬精煉或化學生產等過程。
雖然大規模部署尚不會在短期內實現，但團隊相信這項技術最終將使工廠能夠回收自身的廢熱，或利用陽光為一些最難以脫碳的工業過程提供動力。此研究成果已發佈於《自然能源》、《應用物理快報》和《能源》等期刊。
