顶刊Joule，再现犀利评论：这个研究方向，就是浪费时间！

低品位废热回收，就是浪费时间

工业热量消耗占据了全球工业碳排放的四分之三，因此实现工业热量的脱碳对于减排和保持制造业竞争力至关重要。当前挑战在于需要找到能够替代化石燃料燃烧、可规模化推广的高效电气化供热技术。尽管回收利用工业过程中产生的废热以提高能效的理念已存在数十年，但其实际应用，尤其是针对低温废热，往往因投资回报率低而难以推行。

工业热泵领域初创公司AtmosZero的联合创始人Addison Killean Stark评论文章指出，无论是将废热转化为电力，还是通过热泵进行升温再利用，在低温条件下（通常低于100°C）通常都缺乏经济可行性。文章认为，问题的核心并非物理定律的限制，而是工程经济学和部署逻辑上的困境：低品位废热往往分散、间歇且位置不便，导致每个回收项目都成为定制工程，成本高昂且难以规模化。相关论文以“Waste heat is mostly a waste of time”为题，发表在Joule上。

文章首先回顾了现有研究，指出废热发电仅在热源温度高且稳定时才具有经济性。对于低温废热，其转换的卡诺效率低，单位发电量的资本成本过高。那么，将废热用于供热本身，例如通过工业热泵将其提升至工艺所需的温度（如饱和蒸汽），是否更可行呢？理论上，热移动比热转换受热力学第二定律的限制更小，但技术经济分析（TEA）揭示了相似的困境。

为了量化比较，研究人员对一个年收入1亿美元、热负荷为1兆瓦、需要150°C蒸汽的制造工厂的电气化方案进行了分析。对比方案包括电阻电锅炉、标准化空气源蒸汽热泵以及不同废热源温度的废热驱动蒸汽热泵。表1定性地比较了几种电气化解决方案的关键特征：空气源热泵和电锅炉的安装复杂性、占地面积、资本支出（CAPEX）和潜在运营中断风险都较低或中等；而废热热泵在这些方面均处于劣势，尤其是安装复杂性和对运营的潜在干扰风险很高。

分析中采用的成本数据基于美国能源信息署（EIA）的报告，表2详细列出了废热集成项目的各项成本假设，包括热回收设备、人工材料、项目施工、工程设计等，总计每千瓦热回收成本高达1788美元（废热温度>30°C时）。图1直观展示了经济对比结果。图1A比较了各系统的增量资本支出（包含安装废热捕获系统可能导致1-5天停产造成的收入损失）和年度运营成本。可以看出，热泵系统虽然运营成本远低于电阻锅炉，但其资本支出也显著更高。图1B则显示了各废热驱动热泵系统相对于空气源热泵系统的增量投资回收期范围。结果显示，对于低于30°C的低温废热，其回收期相对于空气源系统超过10年；即便是60°C的废热，如果工厂因安装而停产5天，回收期也可能长达15年。这清晰地表明，考虑到集成成本、停产损失以及废热可用性与工艺需求可能不同步等问题，利用废热驱动的热泵在经济上常常不具备吸引力。

图1. 一个年收入1亿美元、电价为80美元/兆瓦时的工厂中，150°C蒸汽锅炉电气化项目的经济比较。 （A）增量资本支出成本（堆叠柱状图）的原始比较，包含了在制造车间安装废热捕获系统导致的1-5天停产相关的收入损失。运营成本（折线）是运行该系统相关的年度电费。 （B）与空气源系统相比，废热驱动热泵系统用于提供150°C蒸汽的增量投资回收期范围（包含0到5天的安装停产时间）。

文章进一步深入探讨了“为何废热回收难以规模化”。关键在于，能够规模化的技术依赖于规模化制造带来的成本下降，例如锅炉、太阳能光伏板和锂离子电池，它们具有标准化、模块化、易于部署的特点。相反，废热回收每个项目都需定制，如同每次都要新建一个化工厂，无法享受标准化带来的成本红利和快速部署优势。此外，除了经济因素，实际部署中还面临空间限制、废热与工艺需求时间不同步、监管负担、维护复杂以及制造商风险厌恶等多重障碍。

综上所述，尽管在少数特定高温、高负荷因子且废热易于获取的场景中，废热回收可能具有经济价值，但这并非普遍规律。该评论文章的核心结论是，为了实现工业热量快速、经济有效的脱碳，业界和政策制定者应将资源和注意力转向可规模化、可复制、模块化的解决方案。这意味着优先发展标准化、工厂化制造的技术（如空气源热泵），在可能的情况下直接电气化供热，并对那些尽管工程上精巧却无法通过大规模部署现实检验的方案持审慎态度。未来的道路在于聚焦于能够广泛应用的解决方案，而非执着于难以驾驭的“废热”。

还有哪些方向，也是浪费时间？欢迎评论！