五年前，一位科學家、一位工程師和一位商人相聚在都柏林的一個後院進行一項實驗。他們用電熱水壺加熱水，然後倒入一段對半分開的管道中。在半管底部放著一段金屬絲，其中一人拿著尺子放在旁邊。當熱水湧過管道時，金屬絲縮短了幾釐米；當他們倒上冷水時，金屬絲又恢復到原來的長度。這三人認為他們可能發現了了不得的東西。
他們測試的這種奇怪的、會變形的金屬絲是由一種叫做形狀記憶合金的材料製成的。這種金屬（和一些非金屬）在受到特定溫度、壓力或電刺激時，會變形為預定的形狀，然後再變回原狀。形狀記憶合金發明於 60 年前，已被應用於生物醫學和航空工程等領域。但其最難以捉摸的應用之一是從熱水中獲取能量。現在，那些曾經的後院實驗者——一家名為 Exergyn 公司的創始人——表示，他們已經創造出一種發動機，利用變形金屬絲和工業過程中剩餘的熱水來發電。
據一些估計，美國工業使用的能源約有三分之一以熱能形式流失。“在工業過程或熱交換過程中，當用水冷卻機械或發電廠時，會浪費大量能源，”凱斯西儲大學高分子科學教授、未與 Exergyn 公司有聯絡的廢熱專家 Rigoberto Advincula 說。工業應用（包括髮電）產生的熱水，溫度不夠高，無法產生蒸汽來驅動發動機帶動發電機運轉。
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一些發電廠和工業使用者將其熱廢水透過二級發動機，這些發動機利用一種稱為有機朗肯迴圈的過程，將廢水中一小部分能量轉化為電能。然而，這項技術需要化學物質才能從熱水中發電。一些用於此目的的最佳化學物質是危險的或對環境有害的，因此經常被禁止或限制使用。更清潔的化學物質從廢水中獲取能量的效率不高。斯坦福大學地球、能源與環境科學學院的地球系統講師 Jonathan Koomey（未與 Exergyn 公司有關聯）表示，這增加了執行這些發動機的運營成本，這意味著它們並不總是具有成本效益。
這就是變形金屬絲的用武之地。形狀記憶合金具有獨特的分子特性——它們會根據溫度在預定的形狀之間轉換。這就是為什麼這種材料是 Exergyn 公司新型發動機的核心，該發動機使用鎳鈦諾，它是原始形狀記憶合金的一種變體。“這個名字代表了它是由鎳 (Ni) 和鈦 (Ti) 合金組成的事實，而 NOL 指的是（前）海軍軍械實驗室，鎳鈦諾在那裡被髮明出來，”田納西州立大學化學教授 Preston MacDougall 說，他與 Exergyn 公司沒有聯絡。
在分子尺度上，鎳鈦諾出奇地有序。“大多數合金在分子水平上沒有真正的結構。它們就像金屬的溶液，而不是像鹽晶體或鑽石內部那樣的有序排列，”MacDougall 說。然而，鎳鈦諾的分子形成具有 90 度角的規則長方體。MacDougall 說，在顯微鏡下觀察，它看起來像一堆堆疊的鞋盒。加熱這些分子，它們會稍微重新定向自己——直角變成銳角或鈍角——從而使材料收縮。冷卻材料，分子恢復直角，形狀記憶合金恢復到原來的尺寸和形狀。
Exergyn 公司的發動機利用這種形狀變化的特性將廢熱水轉化為電能。其開發人員表示，該發動機可以安裝在廢熱管道系統中，在該系統中，發動機將迴圈熱水進入其圓柱形活塞室。每個活塞都連線著一根鎳鈦諾金屬絲。“當熱水進入時，[金屬絲] 會收縮相對較小的量，但收縮力非常大，”Exergyn 公司執行長 Alan Healy 說。然後，發動機將冷水迴圈到活塞室中。鎳鈦諾膨脹，活塞再次彈出。活塞的另一側是粘性流體。移動的活塞將流體推過液壓傳動裝置，該裝置旋轉發電機，從而產生電力。“使用這些材料的特性來發電聽起來違反直覺, 但這並非獨一無二，”Advincula 說。畢竟，科學家們在半個多世紀前就發明了形狀記憶合金，工程師們早就認識到這些材料具有能量收集潛力。
20 世紀 70 年代，一位名叫 Ridgway Banks 的機械工程師在勞倫斯伯克利國家實驗室工作，開發了一種形狀記憶合金發動機，他認為這種發動機將為電力行業和其他行業節省數十億美元的能源成本。Banks 為該發動機申請了專利，但它從未像他希望的那樣徹底變革能源領域。它的技術複雜，需要過多的化學物質，而且變形金屬絲磨損得太快，不實用。
但世界各地的學者和工程師在期刊和實驗室中保持了這一想法的活力。2010 年，通用汽車公司與美國能源部高階研究計劃署能源部合作，發明了一系列廢熱回收技術，其中包括一些基於形狀記憶合金的技術。然而，到目前為止，通用汽車公司僅將形狀記憶合金用於替換其車輛上更復雜的機械故障，例如一種使關閉 Corvette 後備箱更容易的裝置。
Exergyn 公司並沒有聲稱取得了重大的技術突破。Healy 表示，該公司將自己的智力應用於數十年的現有研究，以製造更耐用的鎳鈦諾金屬絲——儘管他們究竟如何調整配方是嚴格保密的專有資訊。Healy 表示，這種進步是必要的，因為形狀記憶合金在變形一定次數後會磨損。大規模更換金屬絲既麻煩又昂貴——這是發動機走向市場的主要障礙。“幾年前，任何人取得的最好成績是 100 萬次迴圈，”他說。“我們的金屬絲已經超過 1000 萬次迴圈。”Healy 說，他正在關注沼氣行業，將其作為他的首批客戶。“但潛在的應用領域並不缺乏，”他補充道。“一些食品公司在清潔機械時會產生廢熱水，或者有一些資料中心使用水來冷卻伺服器。”
儘管如此，Exergyn 公司尚未證明其價值。購買 Exergyn 公司發動機的公司會想知道，這項技術在一定時期後是否能透過節省公司的電費來收回成本。“一個參考點是檢視工業客戶的平均電費，”Koomey 說。Exergyn 公司還將與企業已經使用的有機朗肯迴圈發動機競爭，後者用於從廢熱中回收能量——根據 Koomey 的說法，Exergyn 公司可能在這方面具有內在優勢。“像有機朗肯迴圈發動機這樣具有大量運動部件和深奧流體的裝置，可能比僅使用在水中來回移動金屬的發動機貴得多，”他指出。“但是，證據在於裝置本身。”
目前，這個證據仍然是 Exergyn 公司都柏林辦公室的一個原型。它能夠輸出高達 5 千瓦的電力；24 小時的電量足以供美國家庭使用一天。首次真正的實地測試將於明年進行，屆時 Exergyn 公司將把從投資者和贈款中籌集的 900 萬美元中的很大一部分用於在都柏林的幾家沼氣廠安裝 10 千瓦的試驗發動機。Healy 相信，這些試驗最終將展示一條經濟高效的能源效率之路。“企業不會做正確的事情，”他說，“除非你給他們一個能省錢的選擇。”