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在美國石油公司——?？松梨冢‥xxon Mobil）擔(dān)任專利律師的10年時(shí)間里，Gary Katz于2016年創(chuàng)立Katz Water Technologies（卡茨水技術(shù)公司）并啟動(dòng)離網(wǎng)海水淡化項(xiàng)目，最初傾向于利用油井中燃燒氣體來凈化“產(chǎn)出水”。

然而，Katz在德克薩斯州的一次電話中向SolarPACES記者表示：石油和天然氣生產(chǎn)基地非常需要凈化水，而且有相當(dāng)多的廢棄的天然氣還可以用來取暖。但是，美國能源部（DOE）在推出太陽能海水淡化創(chuàng)新的征求意見書（RFP）時(shí)，讓我意識到這種技術(shù)路線可以改變。已經(jīng)成立4年的初創(chuàng)企業(yè)Katz Water Technologies團(tuán)隊(duì)贏得了DOE逐步頒發(fā)的一系列獎(jiǎng)項(xiàng)的前兩個(gè)階段，以開發(fā)其離網(wǎng)淡化的利用集中式太陽能（CST）的版本。

“這是一場多階段的價(jià)格競爭。在第一輪中，我們獲得了5萬美元的現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)，這使我們能夠構(gòu)建原型樣機(jī)，第二輪我們獲得了25萬美元的現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)。有了這些資金，我們已經(jīng)并將繼續(xù)大力推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。下一階段，我們正在準(zhǔn)備一個(gè)可行性的項(xiàng)目方案，如果美國國家發(fā)展部接受它，我們將得到75萬美元的獎(jiǎng)金。

工業(yè)廢熱是很難賣的

在最初的可再生能源海水淡化申請中，創(chuàng)業(yè)公司提到了太陽熱能，但實(shí)際上Katz最初認(rèn)為工業(yè)廢熱能是理想的來源。但他遺憾地指出：“作為一家初創(chuàng)公司，我們必須轉(zhuǎn)向市場所支持的方向，盡管從理論上講，運(yùn)行凈化系統(tǒng)的工業(yè)廢熱能是免費(fèi)的，但我們接觸的工業(yè)工廠并不太希望讓我們在現(xiàn)場測試這個(gè)想法?！?/p>

在許多工業(yè)應(yīng)用中，如石化精煉、化學(xué)品和采礦業(yè)，所產(chǎn)生的廢熱能足以凈化水。問題是，要說服這些工業(yè)工廠允許我們改造或修改他們的熱交換器，當(dāng)然這個(gè)改造過程可能是昂貴的，這取決于量的大小。雖然這不是一件容易的事，工廠業(yè)主也沒有表現(xiàn)出足夠的興趣，但我沒有放棄這個(gè)設(shè)想。目前我們更加渴望能應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的市場。他補(bǔ)充道。

Katz Water Technologies前兩年運(yùn)營中，開發(fā)了一種由喇叭氣體驅(qū)動(dòng)的離網(wǎng)海水淡化技術(shù)，因?yàn)槭秃吞烊粴饪蛻舯裙I(yè)公司更愿意與他們合作，因此，我們開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，可以在油氣井站點(diǎn)運(yùn)行天然氣以凈化受污染的水，生產(chǎn)高質(zhì)量的淡水。

因?yàn)槊绹茉床康倪@一獎(jiǎng)項(xiàng)，Katz目前正在開發(fā)新的太陽能系統(tǒng)——利用集中式太陽熱能技術(shù)進(jìn)行脫鹽，可以應(yīng)用于沒有天然氣的油井的某些偏遠(yuǎn)地區(qū)。據(jù)他們了解，太陽能海水淡化裝置不僅環(huán)保，而且可以緩解向偏遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)送燃料的后勤需求。我們希望在明年某個(gè)時(shí)候建成每天一百立方米的太陽能海水淡化廠，然后轉(zhuǎn)型成為我們的第一個(gè)商用太陽能產(chǎn)品。

農(nóng)業(yè)海水淡化市場規(guī)模較大

在此過程中，Katz還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更大的市場——農(nóng)業(yè)海水淡化，甚至凈化水，以達(dá)到人類可以直接飲用的水。

“即使在美國，也存在著偏遠(yuǎn)的農(nóng)村，那里的水源正在受到損害，地表水和地下水要么被污染，要么鹽水侵入，因此不能用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。通常，這些偏遠(yuǎn)的農(nóng)場和牧場無法獲得電力或天然氣。而不選擇反滲透海水淡化，也是因?yàn)橛秒娫??！彼赋觯岸硪粋€(gè)市場，則是位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的軍事活動(dòng)和人道主義組織區(qū)域，那里的水不適合飲用，因此他們要么必須在基地上大量供水，要么運(yùn)用重型噴氣燃料的發(fā)電機(jī)發(fā)電，以運(yùn)行反滲透工廠。因此，一個(gè)離網(wǎng)工作的太陽熱能驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)，對于緩解遠(yuǎn)程作業(yè)有巨大的價(jià)值?！?/p>

由于最初的設(shè)計(jì)，是使用化石燃料作為熱能，因此滿足美國能源部獎(jiǎng)勵(lì)要求的唯一變化是，將熱源轉(zhuǎn)換為太陽能。

Katz解釋道："我們獲得專利的改進(jìn)是，在熱交換器內(nèi)進(jìn)行蒸餾（包括傳熱、蒸餾和分離）的能力；而過去，換熱器需要多個(gè)設(shè)備和工藝步驟，這意味著更多的成本和更多的能源運(yùn)行。但是，通過我們的簡化系統(tǒng)，我們只需一臺(tái)設(shè)備，即可在12秒內(nèi)將水中溶解的污染物清除99%以上。因此，我們可以采取一些污染最嚴(yán)重的水，并將其轉(zhuǎn)化為淡水質(zhì)量，非?？?。”

作為一名專利律師和企業(yè)家，Katz在評估技術(shù)方面有20年的經(jīng)驗(yàn)，因此，Katz將太陽能集熱器供應(yīng)商外包給Rackam Group，該集團(tuán)已在美國、加拿大、巴西和西班牙部署了太陽能集熱器模塊。他明白，自己沒有太陽能研發(fā)的背景，采購太陽能集熱器將是其海水淡化初創(chuàng)公司的明智解決方案。

預(yù)計(jì)下個(gè)月，Katz采購的Rackam開發(fā)的10kWth、20英尺雙軸太陽能槽式集熱器即可交付，這樣他們就可以用他們的核心海水淡化技術(shù)測試整個(gè)系統(tǒng)，利用太陽能集熱器將水加熱到250℃進(jìn)行熱海水淡化。

Heat2Hydro并入Rackam運(yùn)行

“Heat2Hydro合并后，組建了更大的Rackam集團(tuán)，”Heat2Hydro公司首席技術(shù)官Angelo Chialva解釋道，他的太陽能熱工程背景可以追溯到十多年前在美國太陽能熱發(fā)電（CSP）產(chǎn)品組合以及南美洲工作的經(jīng)驗(yàn)。

Chialva希望在NREL的幫助下將其性能數(shù)據(jù)公開，以解決性能數(shù)據(jù)不足的問題。他認(rèn)為，對各種太陽能熱元件進(jìn)行驗(yàn)證測試至關(guān)重要，這給潛在客戶和供應(yīng)商帶來了確定性。因此，為揭開美國公司技術(shù)的神秘面紗，Rackam計(jì)劃通過與科羅拉多州NREL的持續(xù)CST工作關(guān)系，公開自己的結(jié)果（無論好壞）。

Chialva表示，我們在這里可以汲取以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并為客戶提供最好的技術(shù)。Heat2Hydro已根據(jù)早期學(xué)習(xí)成果縮小了范圍，在此過程中放棄了兩個(gè)早期系統(tǒng)版本，轉(zhuǎn)而獲得了效率達(dá)到70％的系統(tǒng)，而且成本更低。因此，他們現(xiàn)在可以用不到3年的回收來滿足30年的使用壽命。

Chialva堅(jiān)信，海水淡化等工業(yè)熱應(yīng)用是除發(fā)電外，利用集中式太陽能熱利用技術(shù)的更好方法。與需要大量初始資本投資為數(shù)百萬美元的系統(tǒng)不同，利用太陽能進(jìn)行像Katz WaterTechnologies這樣的水回收應(yīng)用，將是太陽能熱的下一個(gè)大用途。