五年前，一位科学家、一位工程师和一位商人相聚在都柏林的一个后院进行一项实验。他们用电热水壶加热水，然后倒入一段对半分开的管道中。在半管底部放着一段金属丝，其中一人拿着尺子放在旁边。当热水涌过管道时，金属丝缩短了几厘米；当他们倒上冷水时，金属丝又恢复到原来的长度。这三人认为他们可能发现了了不得的东西。
他们测试的这种奇怪的、会变形的金属丝是由一种叫做形状记忆合金的材料制成的。这种金属（和一些非金属）在受到特定温度、压力或电刺激时，会变形为预定的形状，然后再变回原状。形状记忆合金发明于 60 年前，已被应用于生物医学和航空工程等领域。但其最难以捉摸的应用之一是从热水中获取能量。现在，那些曾经的后院实验者——一家名为 Exergyn 公司的创始人——表示，他们已经创造出一种发动机，利用变形金属丝和工业过程中剩余的热水来发电。
据一些估计，美国工业使用的能源约有三分之一以热能形式流失。“在工业过程或热交换过程中，当用水冷却机械或发电厂时，会浪费大量能源，”凯斯西储大学高分子科学教授、未与 Exergyn 公司有联系的废热专家 Rigoberto Advincula 说。工业应用（包括发电）产生的热水，温度不够高，无法产生蒸汽来驱动发动机带动发电机运转。
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一些发电厂和工业用户将其热废水通过二级发动机，这些发动机利用一种称为有机朗肯循环的过程，将废水中一小部分能量转化为电能。然而，这项技术需要化学物质才能从热水中发电。一些用于此目的的最佳化学物质是危险的或对环境有害的，因此经常被禁止或限制使用。更清洁的化学物质从废水中获取能量的效率不高。斯坦福大学地球、能源与环境科学学院的地球系统讲师 Jonathan Koomey（未与 Exergyn 公司有关联）表示，这增加了运行这些发动机的运营成本，这意味着它们并不总是具有成本效益。
这就是变形金属丝的用武之地。形状记忆合金具有独特的分子特性——它们会根据温度在预定的形状之间转换。这就是为什么这种材料是 Exergyn 公司新型发动机的核心，该发动机使用镍钛诺，它是原始形状记忆合金的一种变体。“这个名字代表了它是由镍 (Ni) 和钛 (Ti) 合金组成的事实，而 NOL 指的是（前）海军军械实验室，镍钛诺在那里被发明出来，”田纳西州立大学化学教授 Preston MacDougall 说，他与 Exergyn 公司没有联系。
在分子尺度上，镍钛诺出奇地有序。“大多数合金在分子水平上没有真正的结构。它们就像金属的溶液，而不是像盐晶体或钻石内部那样的有序排列，”MacDougall 说。然而，镍钛诺的分子形成具有 90 度角的规则长方体。MacDougall 说，在显微镜下观察，它看起来像一堆堆叠的鞋盒。加热这些分子，它们会稍微重新定向自己——直角变成锐角或钝角——从而使材料收缩。冷却材料，分子恢复直角，形状记忆合金恢复到原来的尺寸和形状。
Exergyn 公司的发动机利用这种形状变化的特性将废热水转化为电能。其开发人员表示，该发动机可以安装在废热管道系统中，在该系统中，发动机将循环热水进入其圆柱形活塞室。每个活塞都连接着一根镍钛诺金属丝。“当热水进入时，[金属丝] 会收缩相对较小的量，但收缩力非常大，”Exergyn 公司首席执行官 Alan Healy 说。然后，发动机将冷水循环到活塞室中。镍钛诺膨胀，活塞再次弹出。活塞的另一侧是粘性流体。移动的活塞将流体推过液压传动装置，该装置旋转发电机，从而产生电力。“使用这些材料的特性来发电听起来违反直觉, 但这并非独一无二，”Advincula 说。毕竟，科学家们在半个多世纪前就发明了形状记忆合金，工程师们早就认识到这些材料具有能量收集潜力。
20 世纪 70 年代，一位名叫 Ridgway Banks 的机械工程师在劳伦斯伯克利国家实验室工作，开发了一种形状记忆合金发动机，他认为这种发动机将为电力行业和其他行业节省数十亿美元的能源成本。Banks 为该发动机申请了专利，但它从未像他希望的那样彻底变革能源领域。它的技术复杂，需要过多的化学物质，而且变形金属丝磨损得太快，不实用。
但世界各地的学者和工程师在期刊和实验室中保持了这一想法的活力。2010 年，通用汽车公司与美国能源部高级研究计划署能源部合作，发明了一系列废热回收技术，其中包括一些基于形状记忆合金的技术。然而，到目前为止，通用汽车公司仅将形状记忆合金用于替换其车辆上更复杂的机械故障，例如一种使关闭 Corvette 后备箱更容易的装置。
Exergyn 公司并没有声称取得了重大的技术突破。Healy 表示，该公司将自己的智力应用于数十年的现有研究，以制造更耐用的镍钛诺金属丝——尽管他们究竟如何调整配方是严格保密的专有信息。Healy 表示，这种进步是必要的，因为形状记忆合金在变形一定次数后会磨损。大规模更换金属丝既麻烦又昂贵——这是发动机走向市场的主要障碍。“几年前，任何人取得的最好成绩是 100 万次循环，”他说。“我们的金属丝已经超过 1000 万次循环。”Healy 说，他正在关注沼气行业，将其作为他的首批客户。“但潜在的应用领域并不缺乏，”他补充道。“一些食品公司在清洁机械时会产生废热水，或者有一些数据中心使用水来冷却服务器。”
尽管如此，Exergyn 公司尚未证明其价值。购买 Exergyn 公司发动机的公司会想知道，这项技术在一定时期后是否能通过节省公司的电费来收回成本。“一个参考点是查看工业客户的平均电费，”Koomey 说。Exergyn 公司还将与企业已经使用的有机朗肯循环发动机竞争，后者用于从废热中回收能量——根据 Koomey 的说法，Exergyn 公司可能在这方面具有内在优势。“像有机朗肯循环发动机这样具有大量运动部件和深奥流体的装置，可能比仅使用在水中来回移动金属的发动机贵得多，”他指出。“但是，证据在于设备本身。”
目前，这个证据仍然是 Exergyn 公司都柏林办公室的一个原型。它能够输出高达 5 千瓦的电力；24 小时的电量足以供美国家庭使用一天。首次真正的实地测试将于明年进行，届时 Exergyn 公司将把从投资者和赠款中筹集的 900 万美元中的很大一部分用于在都柏林的几家沼气厂安装 10 千瓦的试验发动机。Healy 相信，这些试验最终将展示一条经济高效的能源效率之路。“企业不会做正确的事情，”他说，“除非你给他们一个能省钱的选择。”