气候变化:制冷剂有何隐忧?有何技术应对酷热天气?

_NEWSDATE: 2025-05-20 | News by: BBC中文 | 有0人参与评论 | _FONTSIZE: _FONT_SMALL _FONT_MEDIUM _FONT_LARGE
林赛·拉斯穆森（Lindsay Rasmussen）称无冷媒的制冷技术将是“革命性的”

现居加利福尼亚的斯内哈·萨查尔（Sneha Sachar）一生中有一半时间在德里度过，她早已习惯了高温。但她表示，如今家乡感觉远比她小时候热多了。

萨查尔说，即使是开车上下班也很不舒服。她目前在“清洁冷却合作组织”（Clean Cooling Collaborative）工作，该慈善倡议组织致力推动改善制冷技术。

对户外工作者而言，情况更为严峻。“这真的影响到人们继续谋生的能力，”她说。

她指出，有许多低技术成本的方式可以让建筑物更凉爽，例如改善空气流通设计。

而对于户外工作者来说，即使只是20分钟的休息，远离酷热及潮湿，例如在设计良好的凉却站里，也能带来明显改善。

随着气候变化导致气温不断上升，主动式冷却（如空调系统）将变得越来越关键。

根据摩根士丹利的预测，制冷市场的年规模已达2,350亿美元（约1,800亿英镑），而到2030年，其年增长率可能会翻倍。

传统制冷采用冷媒，但冷媒可能会泄漏

现有制冷设备存在严重缺陷。其中一项关键挑战是冷媒（又称制冷剂、雪种），即在液态与气态间转换以传递热能（吸热）的流体。

冷媒经常从常规系统中泄漏，不仅降低效率，也可能危害健康。

目前广泛使用的制冷剂多为氢氟碳化合物（hydrofluorocarbons, HFC），这是一类具有高全球暖化潜势值的合成气体。氢氟碳化合物的效力比二氧化碳强得多。

所以，其中一个选项是用对气候更友善的冷媒来取代现有的冷媒。但那些具有较低全球暖化潜势的候选冷媒，也存在一些问题。

例如，丙烷具有高度易燃性。氨气则是有毒的。二氧化碳需要在高压下运作，因此需要专门的设备。

但随着许多地方逐步淘汰氢氟碳化物（HFCs），替代冷媒仍将扮演重要角色。

萨查尔指出，我们仍然需要冷媒，因为在家庭制冷方面，“目前我们所熟知的空调系统，冷媒在未来十年内仍将是主要解决方案。”

气候变迁使保持凉快更具挑战性

从长远来看，一些科学家正着眼于完全不依赖液态冷媒的制冷设备。

能源非牟利组织RMI的建筑与土地使用项目负责人林赛·拉斯穆森（Lindsay Rasmussen）称这些为“革命性技术”。

其中一大类是固态制冷技术，它以固体材料为核心，透过额外的外力（如压力、电压、磁力或机械应力）引发温度变化。

拉斯穆森指出，固态制冷装置远胜渐进式改良，因为“它们不仅能消除高污染冷媒，还能提升系统效率。”

RMI已识别出10至20间新创公司，正在开发早期版本的固态制冷设备。

其中一间是德国初创公司“玛格诺热姆”（Magnotherm），该公司采用磁力技术。某些材料暴露在磁场下会产生温度变化。

“玛格诺热姆”联合创办人暨执行长提穆尔·西尔曼（Timur Sirman）表示：“我们的技术本质上是安全的，因为它不具毒性，使用金属，且在极低压下运作。”

磁热制冷（magnetocaloric cooling）的概念已有多年历史，但将其商业化相对仍属新兴发展。目前“玛格诺热姆”已手工制作约40台饮品制冷机及5台冰箱。

西尔曼表示，永久磁铁是技术中最昂贵的一部分，他强调：“磁铁不会损坏，因此这项成本较高的元件可重复使用。”

该公司正探索替代磁场来源，并优化材料，目标是大幅提升制冷效能。

西尔曼指出，若将传统制冷剂泄漏等效率与健康问题纳入考量，“玛格诺热姆”的产品在价格上具竞争力。“我们的目标客群并非只看初期成本的消费者。”

他坦言，目前公司的制冷机售价偏高，他们的客户主要是新技术的早期采用者。

Phonic制冷系统用于在没有冷媒的情况下冷却食物

另一项正在开发中的技术是热电制冷（thermoelectric cooling，热电冷却）。

这项技术透过电流，将热量从装置的一侧转移至另一侧，热流方向与电流一致，达到降温效果。

美国新创公司“声子”（Phononic）是热电制冷领域的代表之一，并在泰国设有制造基地。

该公司已有数百万台冷却装置投入使用，应用范围涵盖资料中心、超市及其他建筑设施。

“声子”公司的制冷装置结构类似电脑晶片，利用半导体材料进行热传导。

“我们的晶片非常薄、非常小，但制冷效果惊人。它们只需消耗少量电力，但威力非常强大，”“声子”公司执行长东尼·阿提（Tony Atti）表示。

他指出，传统冰箱需全天候运行才能维持最佳效能，但热电装置则可随意开关，有助于降低成本、能源消耗与空间需求。

“我们的理念是：在需要的地方，随时提供制冷，”阿提说。

另一项优势是热电制冷几乎无声运作。“因为它完全没有移动零件，”拉斯穆森补充说。“热的转移有赖于材料本身的反应。”

相较之下，传统的蒸气压缩制冷系统包含泵浦、冷凝器与膨胀阀等零件，这些都是噪音的主要来源。

另一种固态制冷技术是弹热制冷（elastocaloric cooling，弹性热冷却），透过对弹热材料施加机械压力来产生温度变化，材料在受力时会升温或降温。

目前，来自四个欧洲国家的研究团队正合作开发“SMACool”——一款使用特定金属合金管制成的弹热式空调。

不过，目前弹热制冷原型机的制冷能力仍远低于商用空调。尽管SMACool的理论最高效率仍不及传统空调，但其目标是超越现有空调的能源效率。

技术仍在持续发展中。

近期，一支由香港研究人员领导的团队开发出一款替代空调的装置，冷却功率达到1,284瓦，成为首个突破1,000瓦门槛的弹热设备。该团队的创新之一，是以石墨烯奈米流体（graphene nanofluid）取代蒸馏水作为热传导介质。

整体而言，拉斯穆森指出，固态制冷装置目前在效能上仍不及传统的蒸气压缩式空调，但她预期未来效能将持续提升。

她也预期价格将逐步下降。目前，固态制冷技术主要应用于富裕国家。

“关键问题是，这些技术是否能扩大规模，让真正需要制冷、且需求最迫切的地区也能负担得起？”拉斯穆森说。
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