摘要：你不能在不产生一些热量的情况下制作威士忌——或伏特加、杜松子酒或任何其他酒。每年消耗数十亿升酒类所需的热量通常来自化石燃料，其中大部分最终成为浪费的能源。

一家拥有百年历史的苏格兰酿酒厂将其 CO2使用余热回收技术进行排放。如果法规和经济状况一致，其他国家可能会效仿。

你不能在不产生一些热量的情况下制作威士忌——或伏特加、杜松子酒或任何其他酒。每年消耗数十亿升酒类所需的热量通常来自化石燃料，其中大部分最终成为浪费的能源。

但欧洲的碳排放处罚和美国政府的激励措施推动了每个地区的酒类生产商以及食品和饮料行业的公司开始采用可以降低碳排放的新技术。

以苏格兰斯佩塞德的 Glentauchers 酿酒厂为例，它是苏格兰顶级食品和饮料出口苏格兰威士忌的众多生产商之一。Glentauchers 于 1897 年开业，一个多世纪以来，其主要生产方法没有太大变化：它燃烧化石燃料，在巨大的铜锅蒸馏器中煮沸谷物醪液，并蒸馏上升的酒精蒸气。

但是，可用于捕获和再利用通过这种传统工艺损失的热量的技术已经发生了很大变化。不断上涨的能源成本和气候变化为像 Glentauchers 这样的酿酒厂提供了尝试利用该技术的充分理由。就其本身而言，Glentauchers 正在利用简化版的热泵技术来利用其旧工艺产生的废热，并大幅减少碳排放。

“整个行业共同可用的废热回收资源是惊人的，“可再生热能合作组织执行董事 Blaine Collison 表示，该组织是一个由致力于实现工业加热和冷却脱碳的公司和组织组成的全球联盟。该合作组织一直在发布许多创新项目的案例研究，包括 Glentauchers 的项目。

在 9 月的一份报告中，可再生热能合作组织 （Renewable Thermal Collaborative） 发现，热泵对于低温工业热能（使用低于 130 摄氏度的热量）来说已经具有成本效益，这些过程约占美国工业热能的 30%。“食品和饮料行业以低温产品为主，而食品和饮料行业是前五大排放者，”Collison 说。

食品和饮料行业 97% 的热排放来自相对容易脱碳的低温过程。（可再生热力合作）

这项技术的准备就绪对食品和饮料公司来说是个好消息，因为减少碳排放的压力越来越大。芝华士兄弟是法国烈酒巨头保乐力加的苏格兰威士忌企业，也是 Glentauchers 的所有者，它设定了到 2026 年在其生产基地实现“碳中和蒸馏”的目标。

芝华士兄弟 6000 万英镑（7600 万美元）的脱碳计划建立在它于 2021 年在 Glentauchers 启动的热回收项目的基础上。根据该公司的案例研究，该工厂仍然依赖化石燃料锅炉，但其新系统通过减少这些锅炉的使用量，将酿酒厂的总能源使用量减少了 48%，与能源相关的碳排放量减少了 53%。

在这个节能和碳减排项目中发挥的核心技术是由德国公司 Piller Blowers and Compressors 设计和制造的机械蒸汽再压缩 （MVR） 系统。从本质上讲，MVR 系统吸收不够热的蒸汽来完成工业设施所需的工作，并使用电能对其进行压缩，将其加热到所需的温度。

Piller Blowers and Compressors 的美国子公司 Piller TSC Blower 的销售和项目管理副总裁 Caldwell Reed 说，从这个角度来看，MVR 是一种“热泵相邻”技术。

热泵使用压缩、冷凝、膨胀和蒸发的四个步骤过程来提高一组需要热量的连续管道中的蒸汽或流体的温度——这是该过程的加热侧。对于工艺的制冷或空调方面，机器的作用恰恰相反——它们会降低温度。

Reed 说，MVR 并不包括所有这些步骤。“我们本质上只是压缩部分。但我们就像一个热泵，因为不可用的热量，我们压缩并再次可用，“他解释说。“最近，我们收到了更多的'热泵'请求，就像芝华士兄弟的请求一样。”

Glentauchers 酿酒厂以前未充分利用的余热来自其罐式蒸馏器中升起的酒精蒸气，这些蒸馏器看起来像一个巨大的烧瓶，顶部有管子，弯曲并向下倾斜。酒精在远低于水沸点的温度下沸腾和蒸发，这使得它能够与谷物醪（一种类似啤酒的液体）分离。他说，这种酒精蒸气“在倾斜的管子上上下移动，然后进入冷凝器，再次变成液体，并在此过程中继续前进，”最终变成威士忌。

苏格兰斯佩塞德 Glentauchers 威士忌酿酒厂的铜罐蒸馏器。（芝华士兄弟)

在这一点上，“从罐式蒸馏器中出来的蒸汽中含有大量的热能，”里德说——它本身没有足够的能量来为蒸馏过程的其余部分提供动力。

“从锅中流出的酒精蒸气仍然在 86 摄氏度左右，但驱动蒸馏所需的是 106 摄氏度，“他说。

使用新的 MVR 系统，这些潜在的废热被捕获在壳管式换热器中，其中内管内携带的热蒸汽被冷凝，将热量传递到一组携带蒸汽或液体的外部管中，这些管道可以利用增强的余热。

这些热量以前在 Glentauchers 并没有完全浪费掉。自 1980年代以来，该酿酒厂一直使用热水冷凝器和热蒸汽再压缩的组合，这“本质上是一种将低压和高压蒸汽混合以制造中压蒸汽的方法，”里德说。

但该过程仍然需要一个外部热源来制造蒸汽，从而实现回收——在 Glentauchers，该热源是燃油锅炉。他说，通过使用电动压缩来增加热量，Piller MVR 系统使 Glentauchers 能够“使用更少的蒸汽来运行该过程”。

它总体上使用的能源也少得多。根据该项目的 Pillar 案例研究，该系统允许进入每个锅的大约 1 兆瓦的热能仍然被大约 90 千瓦的电力所取代。

这种效率是由于使用压缩和膨胀将热量从一个地方传递到另一个地方，而不是燃烧燃料直接产生热量的性质。这就是使热泵比化石燃料锅炉和熔炉更节能的根本区别——这一事实使热泵成为新住宅和建筑供暖系统越来越受欢迎的选择。

类似的动态促使一小部分但越来越多的工业公司选择热泵作为化石燃料锅炉的替代品。像 Glentauchers 这样的 MVR 系统甚至比从周围空气中抽取的标准热泵更高效。这是因为 MVR 使用废热而不是环境空气作为输入，并且使这种预热的蒸汽达到温度所需的能量更少。

对于热泵，该效率以“性能系数”或 COP 来衡量，即热能输出与用于热泵工作的电能之比。化石燃料或电阻炉或锅炉使用能量直接产生热量，永远无法达到大于 1 的 COP。在环境温度下工作的高性能热泵可以达到 3 到 4 的 COP。

但 Glentauchers MVR 系统正在实现 10 到 12 的 COP，这意味着，“每有一千瓦的电能进入系统，它就会送回 10 到 12 个单位的热能，”里德说。

安装在 Glentauchers 酿酒厂的机械蒸汽再压缩 （MVR） 系统示意图。（芝华士兄弟)

Renewable Thermal Collaborative 的 Collison 说，Glentauchers 正在发挥作用的基础技术可以在各个行业产生同样显着的能源和减排效果。

余热回收是充分利用热泵技术的关键步骤，因为减小输入和输出温度之间的差距可以获得能源效率优势。正如 Collison 所说，“你有这个温度资源。你为什么不抓住它呢？

Reed 列举了其他非常适合 MVR 的行业，从食品干燥和牛奶蒸发到“废水处理，即蒸馏水以使其更纯净”。从本质上讲，大多数“需要大量蒸汽的热分离过程”都可以通过使用废热来提高效率。

Collison 重点介绍了一些正在进行工艺热脱碳项目的美国工业食品和饮料设施。有些是从头开始建造的，使用电力代替化石燃料，例如酒精饮料巨头帝亚吉欧北美公司在肯塔基州黎巴嫩建造的碳中和威士忌酿酒厂，该厂的设计用电极锅炉代替了化石燃气炉。

为了实现真正的零排放，工业供热最终需要完全放弃化石燃料。这可以通过越来越清洁的电网实现供暖电气化，或者转向沼气或绿色氢气等替代燃料来实现。但 Collison 说，在专门为此目的而建造的设施中，这样做更简单。不幸的是，专门构建的项目并不是常态。

“威士忌蒸馏行业有很多遗留设施，“他说。“使世界工业足迹脱碳主要意味着回头进行改造”，这需要找到具有成本效益的方法来翻新无法承受长期停工成本的设施。

这就是政策可以介入并提供帮助的地方。

“政府的激励措施——或抑制措施——肯定会影响这些项目，“Collison 说。“在世界上有政府激励措施来减少碳排放或征收碳税处罚的地区，人们对这样的系统更感兴趣。”

英国和欧盟就是这种情况，那里的公司面临着各种减少碳排放的任务，并且必须为他们根据排放交易系统排放的碳付费。欧洲公司为化石天然气支付的费用也比美国同行高得多，这有助于使转向电力的经济更具吸引力。

在美国，工业脱碳主要由激励措施而不是惩罚驱动。编译 陈讲运

今年早些时候，美国能源部 （U.S. Department of Energy） 向旨在大幅减少许多工业部门排放的示范项目提供了 60 亿美元的赠款。这些赠款包括针对更具挑战性的高温工艺的项目，如炼钢和水泥生产。

但这些计划还包括为六家计划部署一系列低碳工业过程加热技术的公司提供约 5 亿美元的资金，其中包括将在肯塔基州酿酒厂使用热能储存的帝亚吉欧公司，以及番茄酱、通心粉和奶酪以及其他杂货店主食的制造商卡夫亨氏公司，该公司将在 10 家工厂安装热泵、电极锅炉和其他技术。

就芝华士兄弟而言，它尚未分享其在 Glentauchers 项目的财务细节，例如节能将如何帮助其偿还所涉及的资本成本或生产损失成本。但总的来说，在电力是化石燃料的成本效益替代品的市场中，余热回收和工艺热电气化的经济性越来越有吸引力。

““他说，”许多这些项目本身在经济上是可行的，这取决于电力成本和他们用于运行锅炉的任何能源的成本。现在，随着政府出台更多激励措施，这些减排项目只会越来越有吸引力。

来源：陈讲运清洁能源