用鹽達成高效降溫對人體無害且能減少環境衝擊離子熱能冷卻技術助冷媒更環保

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2023-08-26

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勞倫斯柏克萊國家實驗室，開發離子熱能冷卻技術。圖／網路

許多疫苗須存放在低溫環境中。圖／網路

離子熱能循環技術使用鹽讓流體產生相變，達到冷卻效果。圖／網路

冷媒是強效的溫室氣體，對地球並不友善。圖／網路

編譯／韋士塔

許多物品需要在低溫環境中保存，包括食品、藥物、捐贈的血液、器官或者高速運算的伺服器等，另外，酷熱氣候也讓空調成為幾乎不可或缺的裝置；目前最常見的冷藏或冷凍設施是冰箱、冰櫃，除了這些傳統裝置，科學家也正在開發創新技術，希望在提高降溫效果之際，減少對地球環境的負面衝擊，其中一項先進技術是美國科學家研發的「離子熱能冷卻」（ionocaloric cooling）技術。

典型的製冷系統是利用流體把熱量帶走，其原理是流體在蒸發成氣體時會吸收熱量，然後透過封閉的管道輸送並冷凝回液體。這些用來冷卻的流體就是冷媒（或稱為製冷劑），儘管冷卻效果極佳，但其原料對環境並不友善。

最初的冷媒是由二氧化硫、氯甲烷冷製作的化學製冷劑，有致人死亡、中毒等風險；後來，科學家發明氟利昂（Freon），這種物質的化學成分是氯氟烴，主要型態是穩定、不可燃、中度毒性的氣體或液體，常作為冷媒使用；然而，氯氟烴會破壞臭氧層，導致全球暖化。後來，科學家採用氫氟化碳、三氟甲烷等物質取代氯氟烴，雖然這些物質不會消耗臭氧，卻是強效的溫室氣體。

美國勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）以及柏克萊加州大學（UC Berkeley）的研究人員指出，讓物質吸收及釋放熱量的方法，不只限於製冷劑。研究團隊開發的新技術，利用材料相變（例如固態的冰塊變成液態的水）時儲存或釋放能量的原理，產生降溫較果。

依據研究團隊發表於《科學》（Science）期刊的報告，把冰塊的溫度提高，冰塊就會融化，這個過程會吸收熱量，讓周遭空間的溫度降低。

此外，在不吸收熱量的情況下，也能使冰塊融化，方法是添加一些帶電粒子或離子，常見的例子就是在道路上撒鹽以避免結冰。

離子熱能循環技術，也使用鹽來讓流體產生相變，並使周圍環境冷卻。

勞倫斯柏克萊國家實驗室的機械工程師李利（Drew Lilley）表示：「冷媒的問題至今尚未解決，目前還沒有能夠讓物品冷卻、降溫效率出色、對人體無害且不傷害環境的替代品。但我們研發的離子熱能循環技術如果實現，有可能發揮這些作用。」

研究團隊已依據離子熱能循環的理論建構模型，闡述這項技術如何與冷媒競爭，且降溫效率可能更高。研究團隊使用了由碘跟鈉所形成的鹽來進行實驗，融化碳酸乙烯酯。

該實驗室的另一位機械工程師普拉薛爾（Ravi Prasher）表示：「我們試圖抑制冷媒造成的全球升溫，提升能源效率，並降低設備的成本；初步的實驗結果顯示，離子熱能冷卻的前景充滿希望。我們已證實這項技術的可行性，希望這項技術能走出實驗室，展開大規模的商業應用。」

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