化石能源還能使用多長時間?千年還是一萬年?許多人認為目前化石能源由于開發(fā)體系成熟，還會持續(xù)在未來占據(jù)主流能源的地位。這種學術氛圍在美國顯得尤為強烈。

但美式思維并不是全球共識。中國等國家挑起能源重擔，共同致力于減少碳排放、發(fā)展消潔能源、為自己的子孫留下綠水青山。大量非化石能源的市場規(guī)模也迅速擴大。無論是新增市場，還是累計應用量，在水電、風電、光伏發(fā)電、太陽能熱利用等多個可再生能源應用領城，非化石能源已經(jīng)迅速崛起，各類生物質(zhì)能應用、核電和地熱能熱利用也保持較高的增速。

越來越成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術和物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?；l(fā)展，各種新能源技術跨界耦合，智能儲能、能源互聯(lián)網(wǎng)以及多資源供熱、供電、供氣的新型技術紛紛涌現(xiàn)，將從根本上解決化石能短缺、環(huán)境污染等問題。

謝新佑（左三）在東尤集團研討會上發(fā)言

清華大學化學系退休老教授謝新佑有個習慣，在做液體實驗時，絕不允許自己和學生將一滴溶液滴到實驗器皿之外，哪怕是那滴溶液僅僅是水而已。如果血氣方剛的學生不屑于理會這樣的“小問題”，通常會遭到他一反常態(tài)地怒斥。這位睿智、豁達、和善可親的老者不僅僅是擔心治學嚴謹?shù)男ｏL會在細微處消失，更重要的是事關安全。謝新佑說：“別人永遠不知道，滴在地上的液體是什么，萬一是強酸呢？”這種嚴謹?shù)淖黠L被謝新佑帶到了生活中，他笑稱自己在家做飯倒醬油時，也能夠一滴不漏，堪比“熟能生巧”中的賣油翁。

治學上一絲不茍的謝新佑，從來不會輕易地相信不經(jīng)科學論證的理論。但三年前，謝新佑接觸到“水汽能”這種能源，激起了這位化工系專家的興趣；也正是這次偶然的了解，讓這位與水、熱打了一輩子交道的老教授，決心出來奔走，希望能夠讓這種利國利民的清潔能源造福所有人。

清潔能源水汽能

所謂水汽能就是儲存在空氣中的水蒸氣在形態(tài)轉(zhuǎn)變過程中所得到的能源。

地球表面的水體與各類大氣下地面（如土壤、森林、草地、建筑等）及各類含水物體中蘊含了大量的液態(tài)水，液態(tài)水在各類物質(zhì)的表面無時不刻地發(fā)生汽化，也就是從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)。在其轉(zhuǎn)變過程中，液態(tài)水吸收環(huán)境的熱量（即汽化潛熱）后變?yōu)闅鈶B(tài)的水蒸氣進入到空氣中，因而空氣中的水蒸氣本身含有了大量的熱量。就其本質(zhì)而言，其所吸收的所有熱量均來自于太陽所賦予地球的熱量，所以，這部分能量也是太陽能的一部分。

空氣體量相對于人類而言是無限大的，所以在空氣中的水蒸氣含有的熱量也是無限的。這部分熱量一直都存儲在空氣中的水蒸氣內(nèi)，當水蒸氣遇冷凝結(jié)時又會釋放出來，在這個過程中，水會呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)共存的現(xiàn)象，而熱量就是在這個轉(zhuǎn)變過程中得到了釋放。由于水蒸氣的形成是自發(fā)進行的，熱量是自動進入到水蒸氣內(nèi)的，所以這部分能源是無償且無限的。

由于這部分能源是儲存在空氣中的水蒸氣內(nèi)、由水蒸氣與液態(tài)水轉(zhuǎn)變過程中得到，故命名為水汽能。

謝新佑表示，目前國際上和國內(nèi)對這部分熱量研究極少，而如果能將這部分熱量利用起來則可以為人類供應無限的能源?，F(xiàn)在可以利用一種水汽能吸收器，人為創(chuàng)造出比空氣濕球溫度低的環(huán)境，在水汽能吸收器內(nèi)空氣遇冷凝結(jié)，釋放出水汽能，進而將水汽能加以利用。

對水汽能的開發(fā)利用不需要投入過多設備、對環(huán)境無影響、沒有任何污染及排放物，并且由于水汽能是存儲在空氣當中，可謂取之不盡用之不竭。

如果能將水汽能這種新型的可再生能源的熱量利用起來，可以為人類供應無限的清潔生態(tài)能源。現(xiàn)在可以利用一種水汽能吸收器，人為創(chuàng)造出比空氣濕球溫度低或者高的人工溫度環(huán)境，在水汽能吸收器內(nèi)空氣遇冷凝結(jié)或者遇熱汽化，釋放出水汽能，進而將水汽能加以利用。

謝新佑說：“通過水汽能熱泵后的水汽溫度被降低形成液態(tài)水，進入外界環(huán)境；液態(tài)水在外部環(huán)境再次被無限大體積的相對高的溫度的空氣加熱，從而溫度升高，該部分液體形式的水滴又重新汽化補充空氣中的水汽能。這樣由于水的蒸發(fā)和冷凝是無時不刻地在自發(fā)進行，因此對利用了的水汽能的補充也是隨時隨地自發(fā)進行的，這就是水汽能的循環(huán)再生過程?？梢钥闯鏊苁峭耆恍枰紤]枯竭的問題。因此，水汽能完全是一種新型的可再生能源。”

神奇的水汽能熱泵

謝新佑說：“在理想狀況并不考慮其它能源消耗的情況下，1公斤10度的水蒸氣凝結(jié)成1公斤液體，可釋放593千卡的熱量，相當于85克標準煤所包含的熱值。其低溫情況的潛熱比高溫情況的潛熱還要大：1公斤100度的水蒸氣變成100度的水只能獲得540千卡熱量，而1公斤0度的水蒸氣變成0度的水就可以放出596千卡。因此，大氣層空氣里面的水蒸氣是一個規(guī)模巨大的能源儲存庫。”

然而常規(guī)形態(tài)下的水汽能的熱量處于低頻點，需要經(jīng)過水汽能熱泵進行狀態(tài)轉(zhuǎn)化才能夠加以利用。謝新佑認為水汽能熱泵可以從空中吸取熱量，又能夠吸取水。在水汽能熱泵塔中，底部進空氣，頂部進行噴冷。經(jīng)過填料，把氣體分散，通過頂部霧化噴冷水，達到兩種傳質(zhì)主體之間的接觸面積增大的效果，因此傳質(zhì)和傳熱的效率就很高。隨后水分轉(zhuǎn)入防凍劑中，通過防凍劑把水氣液化放出熱能，同時又把空氣里面的水汽以水滴的形式收集起來。”

這對解決南方冬季供暖不足提供了很好的參考。據(jù)了解，近年來，我國南方地區(qū)多次經(jīng)歷“凜冬”。2018年初，強冷空氣急劇南下，江蘇、湖北、湖南等南方地區(qū)出現(xiàn)大雪、冰凍等極端天氣?？梢哉f這幾年來，每當歲末年初時，我國南方地區(qū)的廣大民眾都在濕冷難熬的寒冬中度過。為避免重走北方供暖帶來霧霾等破壞環(huán)境的老路，曾有專家建議，南方冬季采取供暖，然而如何供暖則一直在探討之中。

參考的選項有很多，比如煤改氣、煤改電等方式，但最終都因為會觸及環(huán)保問題、影響生態(tài)紅線而遲遲不能推進。有鑒于此，通過水汽能這種清潔能源進行制冷、供熱，應用水汽能熱泵這種成熟的能源轉(zhuǎn)換技術不失為一項很好的選擇。謝新佑說，供暖應鼓勵地方政府與社會力量合作，利用新的科技、環(huán)保能源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟能源作為補充。

更何況水汽能熱泵在實現(xiàn)制冷、供熱的前提下，將空氣中的水置換出來，因此在生產(chǎn)淡水方面，水汽能熱泵也能實現(xiàn)。謝新佑認為，在溫度為36℃、相對濕度是20%的條件下，冷凝1立方米的空氣到6度能夠獲得5.3克水。一每分鐘輸氣量為400立方米的水汽能熱泵，每天可生產(chǎn)超過3053公斤的冷凝水。而在溫度為40度，相對濕度20%的沙漠進行冷卻制水，水汽能熱泵每天就可以得到4.15噸淡水。

謝新佑說：“對于南方而言，不缺水。但是對于干旱地區(qū)，水就意味著生命。另外海軍出海執(zhí)行任務，每個人只能攜帶25公斤的淡水，如果用完就得返航。如果能通過水汽能熱泵造淡水，那么他們執(zhí)行任務的時間就可以長，特別是比較大型一點的軍艦，包括航母、驅(qū)逐艦等等。

東尤集團與安仁縣政府簽訂《共同推進安仁縣創(chuàng)建國家級節(jié)約型國家機構示范單位戰(zhàn)略合作協(xié)議》

中國制造

這一項被謝新佑贊為能源革命的水汽能熱泵技術來自于湖南東尤水汽能節(jié)能有限公司，其董事長黃國和也因該技術被聯(lián)合國“全球人居環(huán)境綠色技術范例獎”。

謝新佑表示，自己專攻熱力學、水蒸氣的理論研究工作，在應用型的學科領域還需要多加學習。抱著審慎的態(tài)度，謝新佑對于東尤水汽能的水汽能熱泵進行了大量計算，從溫度、濕度以及設備運行效率狀態(tài)等多方面進行綜合考量，驗證了水汽能熱泵的可行性，并得出理論總結(jié)。

謝新佑評價說，黃國和這種勇往直前的企業(yè)家精神十分令人佩服，要知道科學可以在實驗室里面反復進行，即使失敗也可以重頭再來，而新興技術一旦走市場化路線，對于企業(yè)家而言則面臨著巨大的經(jīng)濟風險和榮譽風險。“如果沒有敢于擔當、敢于創(chuàng)新的精神，他就可以在原來的基礎上能夠賺錢就可以了，小富即安嘛。他能突破這樣的觀念已經(jīng)很了不起。”

據(jù)了解黃國和是學財會出身，但最終投身理工科專業(yè)。涉及到物理模型、數(shù)學模型的搭建和計算，并不是黃國和的長項，可以說還差得很遠，但黃國和虛心好學的精神讓謝新佑頗為感動。謝新佑說：“他讓我想起了愛迪生，這個發(fā)明大家沒有上過大學，許多發(fā)明并不是從數(shù)學開始的。恩格斯說過，不能應用數(shù)學的科學，不能算作真正的科學。但對于很多應用型的科學，還是需要實踐才能出真知。”

黃國和是一個敢想敢做的人，在發(fā)現(xiàn)水汽能的巨大應用潛力之后，便迅速組建科研團隊，投入設計研發(fā)。他甚至大膽地提出要在適合人類活動的溫度區(qū)域內(nèi)，用5攝氏度-10攝氏度的溫差冷凝液化空氣中的“水汽”，吸收水蒸氣液化過程中所釋放出的熱量，隨后液態(tài)水再次吸收太陽能熱量蒸發(fā)成氣態(tài)進入到空氣中，如此循環(huán)往復，設計出取之不盡用之不竭的清潔再生能源。

在科研小組的努力下，項目得到進一步優(yōu)化，通過水的汽液相變，設計出了水汽能熱泵，轉(zhuǎn)換和利用水汽能。來自清華大學、湖南大學和中南大學相關領域的專家也給予了鼎力支持。專家攻關，分析得到水汽輸運太陽能能量的原理，并帶領團隊突破了低溫下小溫差高效獲取熱能技術、空氣破碎技術、抗凍液濃縮技術等多個“水汽能熱泵”的核心技術。

完成的“水汽能熱泵”系統(tǒng)主要通過溫差換熱技術，在冬季可使氣態(tài)“水”變成液態(tài)水而釋放熱能，水汽能收集系統(tǒng)則吸收這部分熱量作為“水汽能熱泵”主機的熱源，水汽能熱泵主機將這部分熱量品位提升從而為建筑物內(nèi)供熱;夏季讓液態(tài)水變成氣態(tài)“水”而吸收熱能，“水汽能熱泵”系統(tǒng)吸收了建筑物內(nèi)部熱量后通過水汽能收集器排放熱量為建筑物內(nèi)制冷。

2012年，東尤水汽能利用“水汽能熱泵”技術，成功在湖南省冷水江市政府行政辦公大樓進行了中央空調(diào)技術改造，制熱出水溫度達到了50攝氏度。冷水江市政府行政辦公大樓水汽能熱泵中央空調(diào)穩(wěn)定運行至今，記錄對比數(shù)據(jù)顯示，比常規(guī)分體式空調(diào)節(jié)能45%以上。

無債、無責、有收益的水汽能改造工程

節(jié)能效果顯著，在實際中已經(jīng)應用到機場、醫(yī)院、學校的這項技術是否投入不菲呢？答案似乎出乎所有人意料之外。

一般政府、企業(yè)等需要集中供熱、供暖的單位都有中央空調(diào)。從誕生到現(xiàn)在，東尤水汽能已經(jīng)能夠在建筑原有的中央空調(diào)的基礎上進行改造，便可以實現(xiàn)水汽能熱泵的嵌入。

據(jù)東尤水汽能的官方介紹，在政府合作的項目中，東尤水汽能甚至不需要政府出錢改造，所有的設備安裝、運營費用均由設計單位和施工單位解決，不會增加政府的額外負擔，運營后政府還能獲得收益。這種被東尤稱之為“高速公路模式”的經(jīng)營方法最終會通過日常消費能源的收益來沖抵建設成本。即用能單位每年夏天的空調(diào)費、冬天的采暖費以支持改造支出，通過20年乃至30年的運營，逐步償還。

黃國和說：“很多人不理解這種模式，認為制冷、供熱竟然不需要燒鍋爐，又不需要消耗化石能源，還能掙錢，聽起來就匪夷所思。所以需要有一些單位起到吃螃蟹的作用。只要有一個單位開始應用，經(jīng)得住實踐的考驗、得出數(shù)據(jù)之后大家就會信服。”

湖南冷水江市政府2012年開始使用就嘗試這種新技術，現(xiàn)在運行效果好，此后政府、企業(yè)等用能單位越來越多。2018年6月10日，在2018湖南（郴州）節(jié)能減排和新能源產(chǎn)業(yè)博覽會期間，東尤水汽能被邀請參加湖南省公共機構節(jié)能技術推廣暨項目對接會，并成功與安仁縣政府簽訂了《共同推進安仁縣創(chuàng)建國家級節(jié)約型公共機構示范單位戰(zhàn)略合作協(xié)議》，以提高安仁縣公共機構能源利用效率，踐行綠色可持續(xù)發(fā)展之路。

實際上和大多數(shù)需要“三供一業(yè)”改造的政府部門一樣，郴州市也面臨著節(jié)能減排、生態(tài)引導的硬性要求。也正是考慮到東尤水汽能的優(yōu)勢，郴州市政府將東尤水汽能納入到了節(jié)能減排采購目錄中。加之有長沙、邵陽、新邵等地的成功案例，不少企事業(yè)單位的辦公大樓也已經(jīng)應用，因此郴州市政府最終與東尤水汽能簽訂合作協(xié)議。

“改造以后能獲得多大的節(jié)能效果？節(jié)約多少資金？制冷制熱能力如何？通過一系列的數(shù)據(jù)監(jiān)測就會一目了然。”黃國和說，“更重要的是，改造工程不需要用能單位舉債。貸款的事情是施工單位、設計單位的事，所以政府在經(jīng)濟上不承擔任何責任。因此這套方案，可以說是政企合作雙贏的。”

（謝新佑教授于1959年考入清華大學。清華大學畢業(yè)后，留校任教，至退休。曾任清華大學核能研究院科研所黨總支副書記、化工系黨委副書記、清華大學黨委委員。）