氣候變化:制冷劑有何隱憂?有何技術應對酷熱天氣?

2025-05-20 | 來源: BBC中文 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

林賽·拉斯穆森（Lindsay Rasmussen）稱無冷媒的制冷技術將是“革命性的”

現居加利福尼亞的斯內哈·薩查爾（Sneha Sachar）一生中有一半時間在德裡度過，她早已習慣了高溫。但她表示，如今家鄉感覺遠比她小時候熱多了。

薩查爾說，即使是開車上下班也很不舒服。她目前在“清潔冷卻合作組織”（Clean Cooling Collaborative）工作，該慈善倡議組織致力推動改善制冷技術。

對戶外工作者而言，情況更為嚴峻。“這真的影響到人們繼續謀生的能力，”她說。

她指出，有許多低技術成本的方式可以讓建築物更涼爽，例如改善空氣流通設計。

而對於戶外工作者來說，即使只是20分鍾的休息，遠離酷熱及潮濕，例如在設計良好的涼卻站裡，也能帶來明顯改善。

隨著氣候變化導致氣溫不斷上升，主動式冷卻（如空調系統）將變得越來越關鍵。

根據摩根士丹利的預測，制冷市場的年規模已達2,350億美元（約1,800億英鎊），而到2030年，其年增長率可能會翻倍。

傳統制冷采用冷媒，但冷媒可能會泄漏

現有制冷設備存在嚴重缺陷。其中一項關鍵挑戰是冷媒（又稱制冷劑、雪種），即在液態與氣態間轉換以傳遞熱能（吸熱）的流體。

冷媒經常從常規系統中泄漏，不僅降低效率，也可能危害健康。

目前廣泛使用的制冷劑多為氫氟碳化合物（hydrofluorocarbons, HFC），這是一類具有高全球暖化潛勢值的合成氣體。氫氟碳化合物的效力比二氧化碳強得多。

所以，其中一個選項是用對氣候更友善的冷媒來取代現有的冷媒。但那些具有較低全球暖化潛勢的候選冷媒，也存在一些問題。

例如，丙烷具有高度易燃性。氨氣則是有毒的。二氧化碳需要在高壓下運作，因此需要專門的設備。

但隨著許多地方逐步淘汰氫氟碳化物（HFCs），替代冷媒仍將扮演重要角色。

薩查爾指出，我們仍然需要冷媒，因為在家庭制冷方面，“目前我們所熟知的空調系統，冷媒在未來十年內仍將是主要解決方案。”

氣候變遷使保持涼快更具挑戰性

從長遠來看，一些科學家正著眼於完全不依賴液態冷媒的制冷設備。

能源非牟利組織RMI的建築與土地使用項目負責人林賽·拉斯穆森（Lindsay Rasmussen）稱這些為“革命性技術”。

其中一大類是固態制冷技術，它以固體材料為核心，透過額外的外力（如壓力、電壓、磁力或機械應力）引發溫度變化。

拉斯穆森指出，固態制冷裝置遠勝漸進式改良，因為“它們不僅能消除高污染冷媒，還能提升系統效率。”

RMI已識別出10至20間新創公司，正在開發早期版本的固態制冷設備。

其中一間是德國初創公司“瑪格諾熱姆”（Magnotherm），該公司采用磁力技術。某些材料暴露在磁場下會產生溫度變化。

“瑪格諾熱姆”聯合創辦人暨執行長提穆爾·西爾曼（Timur Sirman）表示：“我們的技術本質上是安全的，因為它不具毒性，使用金屬，且在極低壓下運作。”

磁熱制冷（magnetocaloric cooling）的概念已有多年歷史，但將其商業化相對仍屬新興發展。目前“瑪格諾熱姆”已手工制作約40台飲品制冷機及5台冰箱。

西爾曼表示，永久磁鐵是技術中最昂貴的一部分，他強調：“磁鐵不會損壞，因此這項成本較高的元件可重復使用。”

該公司正探索替代磁場來源，並優化材料，目標是大幅提升制冷效能。

西爾曼指出，若將傳統制冷劑泄漏等效率與健康問題納入考量，“瑪格諾熱姆”的產品在價格上具競爭力。“我們的目標客群並非只看初期成本的消費者。”

他坦言，目前公司的制冷機售價偏高，他們的客戶主要是新技術的早期采用者。

Phonic制冷系統用於在沒有冷媒的情況下冷卻食物

另一項正在開發中的技術是熱電制冷（thermoelectric cooling，熱電冷卻）。

這項技術透過電流，將熱量從裝置的一側轉移至另一側，熱流方向與電流一致，達到降溫效果。

美國新創公司“聲子”（Phononic）是熱電制冷領域的代表之一，並在泰國設有制造基地。

該公司已有數百萬台冷卻裝置投入使用，應用范圍涵蓋資料中心、超市及其他建築設施。

“聲子”公司的制冷裝置結構類似電腦晶片，利用半導體材料進行熱傳導。

“我們的晶片非常薄、非常小，但制冷效果驚人。它們只需消耗少量電力，但威力非常強大，”“聲子”公司執行長東尼·阿提（Tony Atti）表示。

他指出，傳統冰箱需全天候運行才能維持最佳效能，但熱電裝置則可隨意開關，有助於降低成本、能源消耗與空間需求。

“我們的理念是：在需要的地方，隨時提供制冷，”阿提說。

另一項優勢是熱電制冷幾乎無聲運作。“因為它完全沒有移動零件，”拉斯穆森補充說。“熱的轉移有賴於材料本身的反應。”

相較之下，傳統的蒸氣壓縮制冷系統包含泵浦、冷凝器與膨脹閥等零件，這些都是噪音的主要來源。

另一種固態制冷技術是彈熱制冷（elastocaloric cooling，彈性熱冷卻），透過對彈熱材料施加機械壓力來產生溫度變化，材料在受力時會升溫或降溫。

目前，來自四個歐洲國家的研究團隊正合作開發“SMACool”——一款使用特定金屬合金管制成的彈熱式空調。

不過，目前彈熱制冷原型機的制冷能力仍遠低於商用空調。盡管SMACool的理論最高效率仍不及傳統空調，但其目標是超越現有空調的能源效率。

技術仍在持續發展中。

近期，一支由香港研究人員領導的團隊開發出一款替代空調的裝置，冷卻功率達到1,284瓦，成為首個突破1,000瓦門檻的彈熱設備。該團隊的創新之一，是以石墨烯奈米流體（graphene nanofluid）取代蒸餾水作為熱傳導介質。

整體而言，拉斯穆森指出，固態制冷裝置目前在效能上仍不及傳統的蒸氣壓縮式空調，但她預期未來效能將持續提升。

她也預期價格將逐步下降。目前，固態制冷技術主要應用於富裕國家。

“關鍵問題是，這些技術是否能擴大規模，讓真正需要制冷、且需求最迫切的地區也能負擔得起？”拉斯穆森說。