剛剛，中國超高溫?zé)岜弥卮笸黄疲∪蚴着_(tái)突破200℃物理極限熱泵

剛剛，一項(xiàng)困擾全球能源界數(shù)十年的魔咒被徹底打破——利用看不見摸不著的“聲波”，中國科學(xué)家成功將低品位的熱能“泵”到了驚人的270℃，一舉攻克了工業(yè)供熱領(lǐng)域的“珠穆朗瑪峰”！

這不僅是數(shù)字的飛躍，更是底層邏輯的重構(gòu)。近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所羅二倉團(tuán)隊(duì)在《自然-能源》、《應(yīng)用物理快報(bào)》和《能源》等國際頂刊上，密集發(fā)布了這一改變游戲規(guī)則的成果：他們成功研制出全球首臺(tái)泵熱溫度超過200℃的電驅(qū)動(dòng)熱泵，以及無運(yùn)動(dòng)部件、溫升驚人的熱驅(qū)動(dòng)熱泵。在全球競相尋找替代化石燃料供熱方案的今天，中國科學(xué)家用一種極其優(yōu)雅的方式，給出了“滿分答卷”。

要在冬天把房間弄暖和，我們有空調(diào)（熱泵）。但在工業(yè)界，事情沒那么簡單。

造紙、印染、化工、冶金……這些工業(yè)巨獸每天都要吞噬海量的熱能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)供熱占了中國熱能消耗的40%。然而，目前絕大多數(shù)工廠還在簡單粗暴地“燒開水”——燃燒煤炭或天然氣。

為什么不用熱泵？因?yàn)閭鹘y(tǒng)的蒸汽壓縮式熱泵（就是你家空調(diào)那套原理）太“嬌氣”了。

一旦工作溫度超過160℃，普通的潤滑油會(huì)碳化，壓縮機(jī)會(huì)過熱“罷工”，連常用的制冷劑都會(huì)變成環(huán)境毒藥。所以在200℃以上的溫區(qū)，熱泵技術(shù)幾乎是一片荒漠。科學(xué)家們眼睜睜看著大量的工業(yè)余熱白白飄散，卻無計(jì)可施。

直到羅二倉團(tuán)隊(duì)換了個(gè)思路：既然機(jī)械活塞怕熱，那我們就用“聲音”來干活。

這聽起來像魔法，但原理并不復(fù)雜：聲音本質(zhì)上是空氣的振動(dòng)，有壓縮也有膨脹。有壓縮，就有熱。

羅二倉團(tuán)隊(duì)祭出的“大殺器”，叫熱聲斯特林技術(shù)

他們并不想制造噪音，而是利用高強(qiáng)度的聲波在封閉管道內(nèi)傳遞能量。這里沒有復(fù)雜的機(jī)械連桿，工質(zhì)也不再是破壞臭氧層的氟利昂，而是氦氣、氮?dú)膺@些在大自然中隨處可見的“老實(shí)人”。

但光有熱聲技術(shù)還不夠，因?yàn)橄胍黄?00℃的物理極限，還有一個(gè)致命BUG：壓縮機(jī)依然怕熱。

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，產(chǎn)生壓力波的組件（壓縮機(jī)）通常和高溫區(qū)挨得很近。一旦溫度飆升，壓縮機(jī)內(nèi)部的材料就會(huì)失效。這就好比你想從火山口取暖，但你的鏟子還沒伸過去就先化了。

怎么破？團(tuán)隊(duì)在電驅(qū)動(dòng)雙作用自由活塞熱泵中，玩了一手漂亮的“移形換影”。

他們創(chuàng)新性地提出了一種“聲場調(diào)相機(jī)制”。

請注意，這是整套系統(tǒng)的靈魂所在。簡單來說，科學(xué)家們通過精密的聲學(xué)設(shè)計(jì)，強(qiáng)行扭轉(zhuǎn)了系統(tǒng)內(nèi)部聲波的“相位”。這一扭，奇跡發(fā)生了：系統(tǒng)內(nèi)的能量傳輸方向被巧妙地“調(diào)包”了。

原本應(yīng)該承受高溫的壓縮機(jī)，被“騙”到了低溫區(qū)舒服地待著；而原本的低溫部件，則搖身一變承擔(dān)起了高溫供熱的任務(wù)。

這就是一場工程學(xué)上的“太極”，借力打力，四兩撥千斤。

結(jié)果是震撼的：這臺(tái)原型機(jī)在溫差74℃的情況下，依然保持了1.68的性能系數(shù)（COP）。如果不考慮溫差，它最高能輸出214℃的高溫。

這是國際上首次有熱泵能“活著”闖入200℃以上的禁區(qū)。

如果你覺得電驅(qū)動(dòng)還不夠科幻，那另一臺(tái)完全無運(yùn)動(dòng)部件的熱聲熱泵，絕對能刷新你的認(rèn)知。

這臺(tái)機(jī)器里，連一個(gè)活塞都沒有。它就像一個(gè)靜靜躺著的幽靈，不需要插電。

它“吃”進(jìn)去的是工廠里原本要扔掉的140℃~300℃的中低品位廢熱，在管子里轉(zhuǎn)了一圈，利用熱能驅(qū)動(dòng)聲波，再用聲波泵送熱量，最后“吐”出來的，是270℃以上的高品質(zhì)高溫?zé)嵩础?/p>

這是什么概念？

這意味著陶瓷廠、冶金廠那些原本被視為“垃圾”的廢氣廢熱，現(xiàn)在可以被原地回收，升溫增壓，再次通過管道送回爐膛。

這不叫變廢為寶，這叫“吃干抹凈”。

很多人可能還沒意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)的破壞力。

目前的270℃只是一個(gè)開始。由于使用的是惰性氣體，不受高溫分解限制，羅二倉團(tuán)隊(duì)已經(jīng)把目光投向了更遠(yuǎn)的未來：500℃，800℃，甚至1300℃。

想象一下，未來的化工廠里不再有黑煙滾滾的鍋爐，取而代之的是一排排安靜的管道，利用核能或太陽能的熱量，通過這些“聲波搬運(yùn)工”，源源不斷地為重工業(yè)提供幾百甚至上千度的高溫。

正如國際能源署（IEA）所言，中國的選擇將深刻影響全球趨勢。而在高溫工業(yè)熱泵這條賽道上，中國科學(xué)家剛剛按下了“加速鍵”。

參考文獻(xiàn)：

1. Emerging opportunities for high-temperature solid-state and gas-cycle heat pumps.Nature Energy(2025). https://doi.org/10.1038/s41560-025-01908-4
2. A ultra-high-temperature free-piston thermoacoustic Stirling heat pump capable of achieving above 200°C.Appl. Phys. Lett.(2025). https://doi.org/10.1063/5.0292379
3. A heat-driven thermoacoustic heat pump supplying heat up to 270°C.Energy(2025). https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.138325