我们如何帮助食品工业节约能源-英国谢菲尔德哈勒姆大学

国家食品工程研究中心(NCEFE)主任

生产倍受消费者喜爱的食品需要消耗大量的能源。因此我们研究中心正在寻找新的方法来提高这一过程的效率，从而有效减少对环境的污染。

你在超市购物的时候，有没有想过你从货架上拿下来的产品是如何制作并运输到这里的?

人们了解这件事情的概率不大，所以不只你一个人不了解。

食品制造业的隐蔽性很强，很少有人会考虑我们所吃的食物是如何生产的。

事实上，这是一个规模庞大的产业，它会消耗大量能源。食品需要加热和冷却，以确保食品安全并延长其保质期，这些过程都需要消耗能量。在英国，食品和饮料行业每年会排放950万吨二氧化碳。

过去的几年里，我一直在与幕后的食品制造商合作，研究发明了多种方法，用以减少像KitKats巧克力和贝西阿姨的约克郡布丁等常见家庭食品生产过程中的能源消耗。

国家食品工程卓越中心展开了相关研究，以鼓励更多的工程师在该领域工作，并为食品行业所遇到的挑战寻找解决方案，其中包括减少能源消耗。

毕竟，我们所有人都需要吃饭。

NCEFE的创建

创建NCEFE的想法始于2012年，当时美国食品和饮料联合会(Food and Drink Federation)发现工程资源短缺阻碍了食品行业的发展。食品行业雇佣的工程师比航空航天和汽车行业加起来还要多，但对于许多初入职场的人来说，这并不是一个有抱负的工程师会选择的职业道路。

为解决这一资源短缺问题，我们在2014年创建了国家食品工程研究中心。为了向更多学生介绍这条职业道路，我们在许多工程课程中添加了食品工程模块。

我们还通过学徒制和知识转移伙伴关系对该行业的从业人员进行培训。我们将食品行业的工程师与大学的专家配对，使他们可以共同研发工程解决方案。

之后在2019年，我们耗资1000万英镑建设了新的研发中心，其中配备了模拟真实食品制造环境的专业设施。这使我们能够与大型食品公司合作，解决他们的工程问题，帮助他们提高生产效率。

世界上最大的食品和饮料公司——雀巢公司也是我们的合作伙伴之一。我们之间的合作，主要目的是提高他们标志性产品KitKats巧克力的生产效率。

生产我们熟知和喜爱的KitKats巧克力需要大量的热量。在开始合作之前，制作KitKats巧克力的60%的能源都会通过热风排放。我们需要寻找一种方法，使这些能源在生产过程中可以得到重新利用。

在烘焙过程中很难实现对热空气的重复利用，因为相对较低的空气温度(150°C)会使气流移动缓慢，从而难以被捕捉。

在巧克力的制作过程中也会存在卫生问题和安全隐患。所有烹饪或烘焙的食物都会由于自身存在脂肪而产生油性残留物，这些残留物会在废气冷却后粘附在烤箱和管道上，导致环境脏乱并带来火灾隐患。

我们想寻找一种方法，在废气还没来得及粘附在任何东西上之前，将其迅速转变为可以在工厂其他地方利用的热源。

我们在雀巢公司位于约克郡的研发总部工作，所以我们可以进入他们的巨型食品加工厂，那里有长50米的烤箱。

我们研发了一种高效传热系统，以管道的形式将烘烤饼干过程中产生的热量传递到水中，然后用加热的热水融化覆盖在饼干上的巧克力。

该传热系统已经在雀巢公司位于全球各地的五个糖果加工生产线中投入使用，每年可以节省24.6万英镑的能源成本，从而大大减少了能源消耗。

我们在国家食品工程研究中心的工作与对传热系统的研究，通过另一个项目得以结合起来——我们与学生和工业界展开了合作。

Dext热循环系统是兰开夏郡与谢哈合作的创意性成果。我认识他们的研发主管Gareth Evans博士，我是他在谢菲尔德哈勒姆大学攻读机械工程学位和博士学位期间的导师。

他请我们帮忙设计一种新的热交换系统，用于贝西阿姨的约克郡布丁的生产。

设计热交换器是为了重复利用废气，就像KitKats项目一样。但是这一次，我们没有在现有的工厂工作，而是在我们谢菲尔德哈勒姆大学自己的实验室里，从零开始建造一个热交换器。

我们运用对流体动力学的理解，提出了一个可以提高能源使用效率的方法，并研究了新的制造技术。我们甚至专门为这个项目建造了一个风洞，以提高热交换器的性能。

最后我们开发了一个非常高效和经济的系统，它由铝和不锈钢制成，并且不会有油脂残留物粘附在上面。

该热交换器在2016年至2020年期间实现了商业化生产。期间总共生产的150台设备已被成功地安装在酒店提供饮食的场所和食品零售店，每年可以节省3285兆瓦时的能源，并可在两年内减少1490吨二氧化碳的排放。

它现在还被应用于工业厨房和工厂，并引起了英国大型连锁餐饮店的兴趣。

我们将利用在这些项目中获得的知识，为更多的工程解决方案提供帮助，以应对在食物生产过程中面临的挑战。

我们正在扩大研发中心的规模，每个主要研究领域都有新的专门负责人，包括数字连接、更健康的生活和养活迅速增长的人口等领域。同时，我们还会继续关注食品行业生产的可持续性。

食品生产加工是一个非常重要的领域。食品加工过程需要不断地对食物进行加热和冷却，有些产品在生产过程中会经历四次加热和冷却的循环，这一过程延长了它们的保质期，为消费者们提供了更多的便利

食品行业需要消耗大量的能源，所以任何能够提高食品生产效率的措施都能节约成本，这有助于实现联合国可持续发展的目标。

在国家食品工程研究中心，我们将继续通过研究和创新为全球食品公司提供先进的可持续性工程解决方案。