催化式红外技术让烤箱不再用电

本文转自：科技日报

◎本报记者 张 晔 通讯员 吴 奕

家庭常用的烤箱以电为能源。电作为二次能源，必须通过煤炭、石油、天然气等一次能源的消耗才能得到。有没有一种可能，将天然气在不燃烧的情况下直接转化为热能，让烤箱不通电也能烘制美食？

日前，江苏大学食品物理加工研究院与某电器集团积极合作，探讨开发不用电的烤箱。合作的基础正是团队研发的燃气催化式红外加热技术与装备。

江苏大学食品物理加工研究院教授马海乐告诉记者，这种新技术让天然气不用转化为电，而是直接转化为红外线。与电红外技术相比，这种技术可节能约50%，兼具高效、洁净、低价的优点。

新型热能转化形式

天然气是排碳量最少的三大化石能源之一，如何将它的效益最大化是各国研究的课题。其中，将天然气转化为红外线是一种新型热能转化形式，在国际上得到高度重视。

马海乐说，传统的红外装备都以电力作为能源，能耗较高、碳排放较大。燃气催化式红外加热技术的原理是燃气和空气中的氧气借助贵金属的催化作用，在不燃烧情况下被转化成二氧化碳和水，同时释放出红外线。燃气催化式红外加热技术的核心部件——发射器的设计和制造一直掌握在欧美企业手中。2016年，马海乐课题组研发了我国第一台燃气催化式红外加热发射器。

为进一步提升热转化效率、减小发热板温差、改善催化材料性能，课题组经过10多年不断钻研终于取得突破。在2021年中国轻工业联合会组织的专家鉴定会上，专家组表示，该技术实现了我国在该领域从“0到1”的突破，打破了国外先进技术的封锁，摆脱了对国外先进产品进口依赖，且表面温度、发热均匀性、功率密度等核心指标达到欧美先进产品标准。

有了发射器后，课题组开始研发相关装备。马海乐介绍，他们利用自主开发的催化式红外发射器研制出传送带式、滚筒式、烘房式、扫描式等4个系列燃气催化式红外加热装备。

课题组还主导起草发布了我国第一个燃气催化式红外装备行业标准。申请立项的燃气催化式红外发射器和催化式红外烘房两个国家轻工行业标准也正在起草中。

能耗降低50%以上

国外的燃气催化式红外加热技术主要应用于油漆烘干业。马海乐课题组具有多年的食品加工装备研发经验。依托装备和标准，他们发现，这项技术在国内工业市场中有着巨大的应用场景。

目前，课题组加快成果应用和转化，积极将燃气催化式红外技术应用在涂料干燥、皮革干燥、芯材固化食品干燥等7个领域，与中集集团、中海油等20家企业合作，建成催化式红外生产线和装备184台套，产生了显著的经济效益和社会效益。

苹果加工成脆片的过程中，如何防止氧化褐变，加工技术是关键。最近，马海乐课题组将开发的催化式红外装备应用于山西平陆县神鹰果品专业合作社的苹果片制作中。“常用的方法是用化学护色剂把氧化褐变的酶钝化。我们的装备既取代了化学试剂的使用，同时起到了部分干燥的作用。”马海乐说，干法钝酶护色从根本上解决了化学护色技术存在的水体污染严重和食用安全性差的难题，显著降低了苹果片压差闪蒸膨化干燥的能耗。

随着技术进步，燃气催化式红外加热技术还应用于多个领域，使得这些行业的节能效率大幅提升。经过测试，在油漆烘干领域，与电红外烘干技术相比，该技术可节约能耗50%；应用于气田井口采气树减压阀加热，与利用柴油机发电电加热相比，能耗降低90%；在皮革加工领域，可实现皮革催化式红外固化，与传统方式相比，装备占地面积减少50%、耗气量降低61.3%。

“中国有5000多家皮革厂，多为重污染高能耗企业。而在食品加工领域，热加工为当前食品加工的主要方式。如果不能解决能耗问题，成本就降不下来。这些都是催化式红外技术有望落地的应用场景。”马海乐说。