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在美國石油公司——埃克森美孚（Exxon Mobil）擔任專利律師的10年時間里，Gary Katz于2016年創立Katz Water Technologies（卡茨水技術公司）并啟動離網海水淡化項目，最初傾向于利用油井中燃燒氣體來凈化“產出水”。

然而，Katz在德克薩斯州的(de)(de)一(yi)次電話中(zhong)向SolarPACES記者表示：石油(you)和(he)天然氣(qi)生產基地(di)非常需(xu)要(yao)凈化(hua)水，而且有相當多(duo)的(de)(de)廢棄的(de)(de)天然氣(qi)還(huan)可以(yi)用(yong)來取(qu)暖。但是，美國能(neng)(neng)源部(bu)（DOE）在推出太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)海水淡化(hua)創新的(de)(de)征求意見書（RFP）時，讓我意識到(dao)這種技術路線可以(yi)改變。已經成立(li)4年的(de)(de)初創企業Katz Water Technologies團隊贏得了DOE逐步頒發的(de)(de)一(yi)系列獎項的(de)(de)前(qian)兩(liang)個階段，以(yi)開發其(qi)離網淡化(hua)的(de)(de)利(li)用(yong)集(ji)中(zhong)式太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)（CST）的(de)(de)版本。

“這是(shi)一(yi)(yi)(yi)場多階段的(de)(de)價(jia)格競爭。在(zai)(zai)第(di)一(yi)(yi)(yi)輪(lun)中，我(wo)(wo)們(men)(men)獲得(de)了5萬美(mei)(mei)元的(de)(de)現(xian)金(jin)獎(jiang)勵，這使我(wo)(wo)們(men)(men)能夠構建原型樣機(ji)，第(di)二輪(lun)我(wo)(wo)們(men)(men)獲得(de)了25萬美(mei)(mei)元的(de)(de)現(xian)金(jin)獎(jiang)勵。有了這些資金(jin)，我(wo)(wo)們(men)(men)已(yi)經并將(jiang)(jiang)繼(ji)續(xu)大力推(tui)進(jin)這項技術(shu)。下一(yi)(yi)(yi)階段，我(wo)(wo)們(men)(men)正(zheng)在(zai)(zai)準備一(yi)(yi)(yi)個可(ke)行(xing)性的(de)(de)項目方(fang)案，如(ru)果美(mei)(mei)國國家(jia)發展(zhan)部(bu)接受它(ta)，我(wo)(wo)們(men)(men)將(jiang)(jiang)得(de)到75萬美(mei)(mei)元的(de)(de)獎(jiang)金(jin)。

工業廢熱是很難賣的

在最初的(de)可再生能源海水淡化申請中，創(chuang)業(ye)公司提到了太(tai)陽熱能，但實際上Katz最初認為工(gong)(gong)業(ye)廢熱能是(shi)理想的(de)來源。但他遺憾地指出：“作為一(yi)家初創(chuang)公司，我(wo)們必須轉向(xiang)市場所支(zhi)持的(de)方向(xiang)，盡管從理論上講(jiang)，運行凈化系統的(de)工(gong)(gong)業(ye)廢熱能是(shi)免費的(de)，但我(wo)們接觸的(de)工(gong)(gong)業(ye)工(gong)(gong)廠(chang)并不太(tai)希望讓我(wo)們在現場測試(shi)這個想法。”

在(zai)許(xu)多(duo)工(gong)業應用中，如(ru)石化(hua)(hua)精(jing)煉、化(hua)(hua)學品和(he)采礦(kuang)業，所產生的(de)廢熱能足以凈化(hua)(hua)水。問題是(shi)，要說服這(zhe)(zhe)些工(gong)業工(gong)廠允許(xu)我(wo)們改(gai)造或修改(gai)他們的(de)熱交(jiao)換器，當(dang)然這(zhe)(zhe)個(ge)改(gai)造過(guo)程可能是(shi)昂貴的(de)，這(zhe)(zhe)取決于(yu)量的(de)大小。雖然這(zhe)(zhe)不是(shi)一件(jian)容易的(de)事，工(gong)廠業主(zhu)也沒有表現(xian)出足夠的(de)興趣，但我(wo)沒有放棄這(zhe)(zhe)個(ge)設(she)想(xiang)。目前我(wo)們更加渴望能應用這(zhe)(zhe)項(xiang)技(ji)術的(de)市場。他補充道(dao)。

Katz Water Technologies前兩年(nian)運營(ying)中，開發了一種由喇叭(ba)氣體驅動的離網海(hai)水淡化技術，因為(wei)石油和(he)天(tian)然氣客戶(hu)比工業公司(si)更愿(yuan)意與他們合作，因此，我們開發了一個系統(tong)，可以(yi)在油氣井(jing)站點運行天(tian)然氣以(yi)凈(jing)化受(shou)污染的水，生產高質量的淡水。

因(yin)為美國能(neng)源部的(de)這一獎項，Katz目前正在(zai)開發新的(de)太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)系(xi)統(tong)——利用(yong)(yong)集(ji)中式太(tai)(tai)(tai)陽熱能(neng)技術進行脫鹽，可(ke)以應用(yong)(yong)于沒(mei)有天然氣(qi)的(de)油井的(de)某些偏遠地(di)區。據他們(men)了解(jie)(jie)，太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)海水淡化裝置(zhi)不僅環保，而(er)且(qie)可(ke)以緩解(jie)(jie)向偏遠地(di)區運送燃料的(de)后勤(qin)需(xu)求。我們(men)希望在(zai)明年某個時候建成每天一百立方米的(de)太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)海水淡化廠，然后轉型成為我們(men)的(de)第(di)一個商用(yong)(yong)太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)產品。

農業海水淡化市場規模較大

在(zai)此過程中，Katz還發現了一個更大(da)的市場(chang)——農業海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)，甚至凈化(hua)水(shui)，以(yi)達到人(ren)類可以(yi)直(zhi)接飲用(yong)的水(shui)。

“即使在美國(guo)，也存在著偏遠的(de)(de)(de)農(nong)村(cun)，那里(li)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)源正在受到損害，地表水(shui)(shui)(shui)和地下水(shui)(shui)(shui)要(yao)(yao)么(me)(me)(me)被污染，要(yao)(yao)么(me)(me)(me)鹽水(shui)(shui)(shui)侵入，因(yin)此不(bu)能用(yong)于(yu)農(nong)業生產。通常，這些偏遠的(de)(de)(de)農(nong)場和牧場無(wu)法獲得電力(li)或天然氣。而不(bu)選擇反滲透(tou)海水(shui)(shui)(shui)淡化，也是因(yin)為用(yong)電原(yuan)因(yin)。”他指出，“而另一個市場，則是位于(yu)偏遠地區(qu)的(de)(de)(de)軍事活動(dong)和人道主義組織區(qu)域，那里(li)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)不(bu)適合(he)飲(yin)用(yong)，因(yin)此他們(men)要(yao)(yao)么(me)(me)(me)必須在基地上大(da)量供水(shui)(shui)(shui)，要(yao)(yao)么(me)(me)(me)運用(yong)重(zhong)型(xing)噴氣燃料的(de)(de)(de)發(fa)(fa)電機發(fa)(fa)電，以(yi)運行(xing)反滲透(tou)工廠。因(yin)此，一個離(li)網工作(zuo)的(de)(de)(de)太陽熱能驅動(dong)的(de)(de)(de)海水(shui)(shui)(shui)淡化系統，對于(yu)緩解遠程作(zuo)業有巨大(da)的(de)(de)(de)價值。”

由于最初的設計，是(shi)使用化石燃料作為熱(re)能，因此滿足美國能源(yuan)部獎勵要(yao)求的唯一變化是(shi)，將熱(re)源(yuan)轉換為太(tai)陽能。

Katz解釋(shi)道："我們(men)獲得專利(li)的改進是(shi)，在熱(re)(re)(re)交換器內(nei)進行蒸(zheng)餾（包括傳熱(re)(re)(re)、蒸(zheng)餾和分離）的能(neng)力；而(er)過去，換熱(re)(re)(re)器需要多個設(she)備(bei)和工藝步驟，這意味著更多的成(cheng)本和更多的能(neng)源運行。但是(shi)，通過我們(men)的簡(jian)化(hua)系統(tong)，我們(men)只需一臺設(she)備(bei)，即可在12秒內(nei)將水中溶(rong)解的污(wu)染(ran)物清除99%以(yi)上。因(yin)此(ci)，我們(men)可以(yi)采取一些(xie)污(wu)染(ran)最嚴重的水，并將其轉化(hua)為淡(dan)水質量，非常快。”

作為(wei)一名專利律師(shi)和(he)企(qi)業家，Katz在(zai)評估(gu)技術(shu)方面有(you)20年的經驗，因此，Katz將太(tai)(tai)陽能集熱(re)(re)器供應商外包給Rackam Group，該集團已在(zai)美國、加拿大、巴西(xi)(xi)和(he)西(xi)(xi)班牙(ya)部署(shu)了(le)太(tai)(tai)陽能集熱(re)(re)器模塊。他(ta)明白，自己沒有(you)太(tai)(tai)陽能研發的背景，采購太(tai)(tai)陽能集熱(re)(re)器將是其海(hai)水淡化初創公司的明智解決方案。

預計下個(ge)月，Katz采購的(de)Rackam開發的(de)10kWth、20英(ying)尺雙軸太(tai)陽(yang)能槽式集(ji)熱(re)(re)器(qi)即(ji)可交(jiao)付，這樣他(ta)們就可以用他(ta)們的(de)核心海水淡化技術測試整個(ge)系統，利用太(tai)陽(yang)能集(ji)熱(re)(re)器(qi)將水加熱(re)(re)到250℃進行(xing)熱(re)(re)海水淡化。

Heat2Hydro并入Rackam運行

“Heat2Hydro合(he)(he)并后，組建了更大的(de)Rackam集團，”Heat2Hydro公(gong)司(si)首席技術官Angelo Chialva解釋道(dao)，他的(de)太陽能(neng)熱工程背景可以(yi)追溯到十多年(nian)前(qian)在(zai)美國太陽能(neng)熱發電（CSP）產(chan)品組合(he)(he)以(yi)及南美洲工作(zuo)的(de)經驗。

Chialva希望(wang)在(zai)NREL的(de)幫助下將(jiang)其性能(neng)(neng)數據公開，以解決性能(neng)(neng)數據不足的(de)問題。他認為(wei)(wei)，對(dui)各種太陽能(neng)(neng)熱元件進(jin)行驗證測試至關重要，這(zhe)給(gei)潛在(zai)客(ke)戶和供應商帶來了確定性。因此，為(wei)(wei)揭(jie)開美國公司技術(shu)的(de)神秘面(mian)紗，Rackam計劃通過與科羅(luo)拉多州NREL的(de)持(chi)續CST工作關系，公開自己(ji)的(de)結果(guo)（無(wu)論好壞(huai)）。

Chialva表示，我們在(zai)這里可以(yi)汲取以(yi)往的經驗教(jiao)訓，并為客戶(hu)提供(gong)最好(hao)的技術。Heat2Hydro已根據(ju)早期學(xue)習成(cheng)果縮小了范圍(wei)，在(zai)此(ci)過程中放(fang)棄了兩個早期系統版(ban)本，轉而獲得了效(xiao)率達到(dao)70％的系統，而且成(cheng)本更(geng)低。因(yin)此(ci)，他們現(xian)在(zai)可以(yi)用不(bu)到(dao)3年的回(hui)收(shou)來滿足30年的使用壽命。

Chialva堅(jian)信，海水淡(dan)化等工業熱應用(yong)(yong)是除發電外，利(li)用(yong)(yong)集中式太陽能(neng)熱利(li)用(yong)(yong)技術的(de)更好方法。與需要大(da)量(liang)初始資本(ben)投資為數百萬美元的(de)系統不同，利(li)用(yong)(yong)太陽能(neng)進行像Katz WaterTechnologies這樣的(de)水回(hui)收(shou)應用(yong)(yong)，將是太陽能(neng)熱的(de)下一個大(da)用(yong)(yong)途(tu)。