在科技飞速发展的时代浪潮中，能源领域的创新突破始终是推动社会进步与可持续发展的关键力量。2025年，国家发展改革等部门联合发布了《推动热泵行业高质量发展行动方案》，这一方案的出台犹如一盏明灯，为热泵行业在工业领域的广泛应用指明了方向，积极推动着工业领域向绿色、高效、低碳的方向迈进。方案明确鼓励有条件的企业以及工业园区等，充分利用热泵装置，对工业废水、废气等余热资源进行回收，并将其转化为高温蒸汽加以利用。同时，结合不同行业的特点，大力拓展热泵的应用场景，使其在众多工业领域发挥重要作用。
在石油化工行业，热泵技术可用于蒸发、精馏、分解、聚合、干燥等工序的供热环节。这些工序对热量的需求不仅量大，而且对温度的稳定性要求极高。传统的供热方式往往能耗高、污染大，而热泵技术的应用，能够在满足工艺需求的同时，显著降低能源消耗和污染物排放。在纺织印染行业，染色、印花、定型等环节都需要高温加热，热泵技术可以精准地提供所需的高温热量，保证印染产品的质量和生产效率，同时减少对环境的影响。食品加工行业中，烘焙、烤制、蒸煮等加工环节的供热也离不开热泵技术。它能够确保食品在加工过程中受热均匀，提高食品的品质和口感，为消费者提供更加安全、健康的食品。此外，在造纸、医药等行业，热泵技术可用于纸浆及药物材料的加热烘干；在建材行业，能够助力陶瓷制品的烤制，为这些行业的发展注入绿色动力。
当下，热泵技术正朝着高温方向发展，这一趋势的主要驱动力源于能源革命和工业低碳转型的迫切需求。在全球应对气候变化、推动绿色发展的大背景下，减少化石能源的使用、实现工业过程的深度脱碳已成为各国共同的目标。热泵技术不仅仅是一项简单的技术演进，它更是一场具有战略意义的突破，旨在取代化石能源，为工业领域提供清洁、高效的供热解决方案，助力全球能源转型和可持续发展。
近日，从中国科学院理化技术研究所传来振奋人心的消息：该所研究团队在超高温工业热泵技术领域取得了一系列重要进展，成功研制出国际首台泵热温度超过200℃的双作用自由活塞型热声斯特林超高温热泵原型样机。这一成果犹如一颗重磅炸弹，在国际能源领域引起了广泛关注。它为造纸、印染、陶瓷、冶金等大量耗热的工业领域提供了一种潜在的绿色高效供热新路径，有望彻底改变这些行业传统的供热模式，推动其向低碳、环保方向发展。相关成果已发表于《自然·能源》《应用物理快报》等国际权威期刊，充分彰显了我国在该领域的技术实力和创新能力。
工业供热在我国能源消耗中占据着重要地位，消耗了我国约40%的热能。其温度需求范围广泛，从100℃至1000℃以上不等。实现这些中高温热能的低碳供应，是达成我国“双碳”目标的关键挑战之一。然而，传统的蒸汽压缩热泵在技术上存在诸多瓶颈，难以突破200℃的温区，而且面临着环保工质短缺的问题。这使得传统热泵在满足工业高温供热需求方面显得力不从心。二氧化碳热泵虽然在一定程度上有所改进，但也受制于高压和能效瓶颈，无法大规模应用于工业高温供热领域。
中国科学院理化所罗二仓研究员团队长期致力于采用氦、氩等天然环保工质的热声斯特林技术研究。这种技术具有诸多显著优势，工质安全可靠，不会对环境造成污染；温区宽广，能够满足不同工业领域对温度的多样化需求；效率潜力高，具有较大的节能空间。经过多年的不懈努力，团队近期取得了双重突破。
一方面，他们创新性地提出了“反相运行”的声场调控机制。这一机制的提出，犹如在热泵技术的迷雾中开辟了一条新的道路。通过这一机制，团队成功研制出国际上首台泵热温度超过200℃的双作用自由活塞式热声斯特林超高温热泵样机。这一成果巧妙地规避了超高温压缩机研制这一世界性难题。传统的高温压缩机在研制过程中面临着材料、密封、润滑等诸多技术难题，而热声斯特林超高温热泵样机通过独特的设计和运行机制，无需依赖传统的高温压缩机，实现了超高温热泵的稳定运行，为超高温热泵技术的发展奠定了坚实基础。
另一方面，团队研发了完全无运动部件的热声热泵样机。这一创新成果堪称热泵技术领域的一大奇迹。传统热泵通常包含多个运动部件，如压缩机、膨胀阀等，这些部件在运行过程中容易出现磨损、故障等问题，不仅增加了设备的维护成本，还影响了热泵的运行效率和可靠性。而完全无运动部件的热声热泵样机仅依靠热能驱动，即可将约140℃的低温废热提升至270℃以上再利用。它就像一个神奇的“热量搬运工”，实现了热能的“搬运”与升级，将原本被浪费的低温废热转化为可利用的高温热能，大大提高了能源的利用效率。
这些突破表明，热声斯特林技术有望发展成为新一代超高温热泵的核心技术。它将为工业领域替代化石燃料供热提供有力支持，减少碳排放，推动工业领域实现绿色转型。随着这一技术的不断完善和推广应用，我国工业领域的能源结构将得到优化，能源利用效率将大幅提高，碳排放强度将显著降低。
研究团队还对超高温热泵未来的关键材料与技术发展方向进行了展望。在关键材料方面，需要研发具有更高耐温性、耐腐蚀性和良好导热性能的材料，以满足超高温热泵在恶劣工况下的运行需求。例如，开发新型的高温合金材料，用于制造热泵的关键部件，提高其使用寿命和可靠性；探索新型的隔热材料，减少热量损失，提高热泵的能效。在技术发展方向上，将进一步优化热声斯特林技术的声场调控机制，提高热泵的运行效率和稳定性；加强热泵系统的集成化设计，实现热泵与其他能源系统的协同优化运行，提高能源综合利用效率；开展大规模的工程应用示范，积累实践经验，推动超高温热泵技术的产业化发展。
我国在超高温热泵技术领域取得的这一重大突破，是我国科技工作者自主创新、勇于探索的成果。它不仅为我国工业领域的低碳发展提供了有力支撑，也为全球能源转型和可持续发展做出了重要贡献。在未来的发展中，我们有理由相信，随着超高温热泵技术的不断进步和广泛应用，我国将在全球能源领域占据更加重要的地位，为实现人类社会的绿色、可持续发展贡献更多的中国智慧和中国力量。
