二十一世紀的新工業革命

來自專欄能源動力減排技術創新

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當今世界，到處都是「產能過剩」、「產品過剩」，社會消費需求乏力，實體經濟發展遇到瓶頸，能源危機迫在眉睫，因此人類亟需再來一場真正的工業革命。能源、動力每個人都離不開，每個國家都高度重視，新工業革命爆發的起始點一定是能源和動力。

一、簡析三大理念

1、能源領域—讓能量動起來

人類千百年使用能源的習慣就是消耗能源物質來滿足能量需求。在化石燃料日益枯竭的今天，人們把主要精力用在尋找「新能源」、「可再生能源」、「清潔能源」。

人們使用空調、冰箱等熱泵裝置雖然有很高「能效」，技術應用已超百年，但這些應用場合的設計輸出溫度太低，沒有更高的工業利用價值，不能用於工業領域的高耗能環節，沒有產生好的節能減排社會效益。

（1）理念內涵

筆者通過科研實踐證明用現有熱泵技術可以突破100℃輸出門檻限制，熱泵技術可以介入大多數工業領域的高耗能環節，實現高耗能關鍵環節的大比例節能。

該理念呼籲通過創新型高溫熱泵技術推廣應用，實現將空氣中的、污水裡的、土壤里及其他熱源中的熱量搬到生產、生活設備中循環利用，大幅提高現有能源利用效率，節能減排。

（2）社會價值

該理念的推廣和普及應用將使能源物質消耗、環境中新增熱量排放成倍減少，實現數倍至十數倍的能效比，產生可觀的經濟效益，引起現在大多數高耗能設備、傳統生產工藝過程發生徹底的變化，改變目前能源供給日趨緊張的狀況。

2、動力領域—讓熱機冷下來

近三百多年的動力機械發展，「熱機」成為了內燃機、外燃機、火箭發動機等的統稱。人們習慣於用「高溫」來獲得動能輸出，理論界也形成了一種共識「工作溫度越高、熱能效能越高」，沒有人再去思考使用火的本來目的。

瓦特看到壺蓋子被水蒸氣推的跳動而發明了蒸汽機。但加熱僅僅是手段，水的沸騰、汽化產生的膨脹才是目的。所以這些動力機械也都還有一個名字是「膨脹機」。

（1）理念內涵

熱機是「熱量轉化機械能」的裝置，不是「熱的機」。該理念提醒人們熱機工作溫度段可以從低溫、超低溫開始。如使用液態空氣、乾冰、液氮等低溫氣體，吸收環境常溫熱量也可以實行沸騰、膨脹、做功輸出機械能，讓汽車、飛機、火箭等不再排熱、噴火，而是排放低溫尾氣。

目前該理念已在蒸汽火車、小型內燃機上改裝試驗成功，初步估算，使用成本可為燃料的二分之一或更低，過程是物理過程，無化學反應，綠色無污染，也不存在安全問題。

（2）社會價值

該理念的推廣應用將帶來動力機械的一次全面變革，發動機經過簡單的改造後，可以實現汽車不再燒油，飛機發動機不再噴火、火箭發動機沒有高溫尾焰，將使以熱量形式丟棄的能量降到最低，產生巨大的經濟效益和環境效益。

3、排放領域—讓排放變資源

人類習慣於燃燒煤炭利用燃燒產生的熱量，排放了燃燒的化學產物二氧化碳。而目前二氧化碳市場批發價每噸高達500~800元，煤炭燃燒過程排放的煙氣中二氧化碳的價值比釋放的熱能價值高很多。現代技術也已經可以清潔、高效率回收燃燒排放的煙氣中的二氧化碳和其他污染物，應該改變這種「買櫝還珠」的粗放的使用石化燃料的方式了。

（1）理念內涵

二氧化碳是光合作用的「三要素」之一，近年來人們也越來越認識到，土壤、有機肥並不是植物生長的必須條件，植物通過空氣攝取二氧化碳也相對較困難。將回收的二氧化碳作為「氣肥」，噴施到農田、森林、草原、海洋等場所，讓綠色植物大幅度、成倍增產，更多太陽能、碳排放被吸收固定，成為有機物、碳水化合物。

（2）社會價值

該理念的全面推廣和普及將在利用燃燒反應熱量的同時，通過回收利用同時產生的化學產物，把化石資源的價值「吃光榨凈」，減少環境污染物排放，實現低碳、減排、增效。

二、簡析三大方法

1、基礎理論再認識

經過幾千年科技和文明的發展，人類目前掌握的很多基礎理論已經非常系統和完善了，這些理論本身沒有問題，但是前人在長期使用過程中往往增加了主觀認識，影響了對理論本質的認識和應用。

通過對基礎理論的再次認識，打破慣性思維，並以此作為切入點，對現有的應用技術理論和生產工藝方法進行革新。

比如熱機理論是熱量轉換為機械能的理論，但沒有限定只有人類感覺「熱」的熱量才能轉化為機械能，熱機當然可以工作在人類感覺「很涼」的超低溫到常溫的溫度段落。

該方法論的應用將會產生無數「新的」理論結論和應用創新，產生巨大的經濟和社會效益。

2、應用理論再發展

這一百多年人類雖然取得了很多巨大的科技進步，但是也經歷了兩場世界大戰和很多重大社會變革，很多應用技術理論，如火力發電、內燃機等系統工作基礎理論近一百多年來幾乎沒有進步。

對早期的應用理論進行客觀的分析，結合近百年來的多學科科技進步，實現理論的再次進步和發展提高。

比如我們對普遍用於火力發電領域的朗肯循環進行分析，本質上是一個可壓縮流體的工作循環，上世紀初中期才逐步成熟的可壓縮流體力學理論和後續的計算機控制、材料科學技術的巨大進步，應該能帶來郎肯循環的發展。我們設計提出了一種新的蒸汽動力循環，利用非機械動力的方式實現對發電餘熱再循環利用，有希望大幅度提高熱-電轉換髮電效率，推動火力發電、核能發電領域的進步。

該方法論的應用將大幅推動目前應用理論的發展水平，改變社會技術發展現狀。

3、勇於跨界一專多能

過去，一個人往往窮其一生也只能成為某一個領域的專家。互聯網時代的來臨，讓我們學習新技術、掌握新技術、交流多學科技術變的可行、方便、快捷、高效。每個專家應該朝著一專多能發展，變成「雜家」，拓展思路，開展多學科、跨學科交叉應用。

比如工業上使用的空氣放大器，可以把壓縮空氣的利用率提高5~100倍，已經有人將這個原理應用到家用電器行業，製作無葉片風扇、新型免清洗抽油煙機、氣動粉末物料輸送系統等場景。

該方法論的靈活、交叉應用，也將改變傳統工藝和生產技術，產生無數的創新應用項目並同樣影響人類的生產、生活方式。

三、結論

本文認為工業革命就是造成工業過程、工業規模、工業技術等和工業息息相關的諸多領域均發生突變，對工業產生巨大影響，引起跨越式進步和發展的一場社會、產業變革。

「讓能量動起來」理念的實現將使全社會能源消耗下降到現有水平的幾分之一，這個變革足夠廣，規模足夠大；

「讓熱機冷下來」將影響幾乎所有消耗燃料的機械裝置，用這個理論對車輛進行改裝就是一個巨大的市場；

「讓排放變資源」讓人們從大自然獲取資源和回饋的過程變得合理、經濟、自然、高效。

以上三個理念和三個方法論應該可以帶來一場新的、徹底的工業革命。這場二十一世紀的新工業革命，將是第一次、第二次工業革命的深化革命、繼續革命，實現一場徹底的革命！

我們對誕生於100多年前的許多公理、定理已經熟知，但往往因為經驗和慣性思維，存在一定誤區，需要「對基礎理論進行清醒的再認識」；

早期的一些應用理論由於受到當時本學科或其他學科發展的限制，存在一些「歷史局限性」造成的落後和不足，需要「對重要的應用理論進行大膽的再發展」；

以前信息交流不暢，一個人窮其一生能精通一門學科就實屬不易，而現在，互聯網技術的發展可以讓我們實現一專多能，需要我們放手進行「跨學科交叉應用創新」。

以上三個方法涉及理論、應用、創新等多個重要環節，必將助力我們全面實現二十一世紀新的工業革命！