迈向净零蒸汽

蒸汽在过去和现在都发挥了至关重要的作用，也将在我们未来的进步中不可或缺。其卓越的热能特性使其成为生产我们日常生活中视为理所当然的众多产品的基本要素。而且，得益于快速发展的技术和工程突破，我们有望在未来的净零世界中继续享受蒸汽带来的诸多好处。

无需发明蒸汽；它在地球上的存在远早于人类。至今仍能看到其最自然的状态——从间歇泉中喷涌而出，形成令人叹为观止的景观。其巨大的力量和能量揭示了蒸汽为何是世界上应用最广泛的传热介质。同时也突显了其本质特性。

蒸汽能够储存大量能量，既可用于机械驱动（例如驱动涡轮机），也可作为热能用于众多工艺过程，这使其成为关键的可持续可再生资源。得益于蒸汽和冷凝水循环，蒸汽系统可以高效回收利用水，在此过程中节约能源。

凭借高效率、低毒性、易于输送、卓越的热容量以及与其他替代方案相比的低成本，一个没有蒸汽的世界是不可想象的。过去 300 年来，社会的许多巨大技术进步都归功于蒸汽。虽然使用和需要蒸汽的机制可能已经改变，但蒸汽本身一直是人类发展的基础。

蒸汽在制药行业中发挥着关键作用，确保药品和疫苗能够安全、可靠地大批量生产。医疗机构依赖蒸汽使医疗器械在治疗过程中保持无风险。化学工业和石油工业都需要蒸汽来保持工厂的平稳运行，并创造我们日常生活所需的众多产品——从塑料到聚酯（世界上最常见的服装面料），再到为全球提供化肥的氨生产。蒸汽在食品和饮料行业中的广泛应用，意味着我们无需担心所食用和饮用的众多物品的安全性和保质期。

这些仅仅是蒸汽为我们带来的部分好处。正是这个原因，我们不仅将蒸汽视为一种有用的自然现象，更将其视为一种天然技术。一种安全、可持续、可靠的提升生活质量的方式，几乎无可匹敌。”

然而，除了提供拍照机会外，间歇泉对我们并没有太大的实际用途，而且除地球上少数地方外，蒸汽作为地热能并不是一个可行的选项。这意味着要利用蒸汽的价值，必须由我们自己来产生。而这正是确保其可持续未来的关键考验。

我们需要大量的蒸汽来维持增长和生活质量。至关重要的是，我们应尽快从使用天然气、煤炭或石油产生蒸汽转向可再生、高效的能源。

全球能源危机正在加速我们发电方式的重大转变。首先，来自可再生能源（主要是风能或太阳能，但输出不稳定）的份额快速增长。其次，基于可再生能源和电解的绿氢潜力日益增长。第三，工业和建筑供暖电气化的必要性日益得到认可。最后，热能和电力储存的新技术正在涌现，并将很快实现规模化应用。

工业运营方式的这种范式转变不会一蹴而就。但如果我们想要达到严格的净零目标，时间至关重要。这就是为什么弥补电力供需差距的实用方案对于实现可持续运营如此关键。热能储存等创新技术——捕获可再生能源的峰值供应、将其转化为有用的蒸汽、然后储存至需要时使用——将在转型中发挥关键作用。图 1 说明了为什么我们需要在充分利用可再生能源（如太阳能）方面寻找提高效率的方法：

总体而言，热能的能源需求是全球发电量的两倍以上，并产生全球 55% 的能源排放¹。降低这一数字是重要的脱碳²目标，但迄今为止，尝试往往是孤立的，分别关注电气化、氢能、生物质能和碳捕集、利用与封存（CCUS）等领域，并聚焦于特定的终端用途。

这就是为什么通往碳中和的道路有时看起来如此艰难，似乎在等待新技术来取代我们几十年甚至几个世纪以来所依赖的技术。值得庆幸的是，利用可持续产生的蒸汽的手段已经触手可及。

随着地球脱碳的迫切需求日益增强，令人欣慰的是，对于蒸汽而言，这并不意味着完全放弃它。我们都知道，驾驶汽油或柴油汽车的日子终将结束，天然气的使用将受到限制，如果我们要确保地球的未来，就必须做出艰难的决定。

但蒸汽并非如此。从化石燃料锅炉转型并不需要等待几十年新替代技术的到来，也不意味着对现有系统进行全面改造。用电加热技术改造锅炉的能力已经就绪。当旧设备需要更换时，新的、更高效的电气选项唾手可得。随着发电从煤炭、天然气和石油转型，蒸汽将准备好证明其碳中和潜力。

与此同时，需要用更少的资源做更多的事情，持续评估和改进效率措施，这将使蒸汽对众多依赖它的行业更加重要。数据驱动的、系统性的方法将是实现这一目标的最有效手段。

由于蒸汽被众多不同行业广泛使用，蒸汽系统的规模、配置、终端用途应用和运营实践千差万别。这意味着有多种方式来识别改善蒸汽系统性能的机会。 正如蒸汽帮助世界各地的文明发展壮大一样，现在轮到工程师来帮助蒸汽继续在人类历史中占据一席之地。蒸汽已经带领我们走过了意义非凡的旅程，并将在未来数百年继续如此。

资料来源：

¹ “Global Energy Perspective 2022,” McKinsey, April 26, 2022.

² 请注意，实现净零不仅涉及 CO2 排放，还包括所有温室气体，如甲烷和含氟气体。此处使用”脱碳”涵盖所有相关的排放削减。

National Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering (https://raeng.org.uk/media/b4jpdttw/net-zero-a-systems-perspective-on-the-climate-challenge-final-nepc.pdf)

“Net-zero heat: Is it too hot to handle?”, McKinsey Sustainability, July 22, 2022. (https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/sustainability-blog/net-zero-heat-is-it-too-hot-to-handle)