香港科技大學(xué)（科大）工學(xué)院團(tuán)隊成功開發(fā)全球首臺能實現(xiàn)低至攝氏負(fù)12度的零下彈卡冷凍裝置。是次突破標(biāo)志著綠色彈卡冷凍技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)展至全球冷凍業(yè)的重大里程碑，更實現(xiàn)了零排放的綠色冷凍，為促進(jìn)冷凍業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型提供切實可行的方案，為應(yīng)對日趨嚴(yán)峻的氣候變化作出貢獻(xiàn)。研究成果已于國際期刊《自然》發(fā)表，論文題為“低溫相變合金實現(xiàn)零下彈卡制冷”。

隨著全球暖化問題加劇，制冷需求急速增加，冷凍技術(shù)占全球電力消耗量比例相當(dāng)高。其中，主流蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)極度依賴氫氟烴等具有高全球變暖潛能值的制冷劑。基于形狀記憶合金的彈卡冷凍技術(shù)是廣獲學(xué)界及業(yè)界關(guān)注的環(huán)保替代方案，具零排放、高能效的特點，毋須使用傳統(tǒng)制冷劑，而是利用形狀記憶合金在循環(huán)應(yīng)力作用下相變潛熱的釋放與吸收來制冷。

這項技術(shù)不但為冷凍業(yè)脫碳提供新路徑，同時減少碳排放，加強全球應(yīng)對氣候變化的能力。冷凍業(yè)的市場規(guī)模與空調(diào)業(yè)相若，然而，現(xiàn)有彈卡裝置僅可應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)制冷，因此將技術(shù)擴(kuò)展至冷凍業(yè)的應(yīng)用至關(guān)重要。

由科大機(jī)械及航空航天工程學(xué)系講座教授孫慶平教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊，在彈卡冷凍技術(shù)取得新突破。新技術(shù)特點體現(xiàn)于材料、傳熱流體及制冷結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計：

（一）低相變溫度合金：團(tuán)隊選用高鎳含量（51.2 at%）的二元鎳鈦合金，通過成分調(diào)控將奧氏體結(jié)束溫度（Af）溫度降至攝氏負(fù)20.8度。該合金在低至攝氏負(fù)20度環(huán)境下仍能表現(xiàn)出優(yōu)異超彈性和顯著相變潛熱，其絕熱溫變峰值在0度時可以達(dá)到攝氏16.3度，有效工作溫窗寬達(dá)攝氏48.5度。

（二）抗凍結(jié)傳熱流體：采用30 wt%的氯化鈣水溶液作為傳熱物質(zhì)。該溶液凝固點低，低溫運行時仍能保持流動性，避免冰晶堵塞，同時與鎳鈦合金表面保持良好濕潤性，降低接觸熱阻，提升傳熱效率。

（三）級聯(lián)式管狀結(jié)構(gòu)設(shè)計：設(shè)備采用壓縮式主動回?zé)岵祭最D循環(huán)?；?zé)崞饔砂藗€管狀鎳鈦合金單元級聯(lián)構(gòu)成，每個單元包含三個薄壁管結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計擴(kuò)大了傳熱面積與體積比（達(dá)8.68 mm-1），并獲X光電腦斷層掃描證實，能在900 MPa壓應(yīng)力下實現(xiàn)均勻壓縮而不屈曲。

在一赫茲的運行頻率下，這臺桌面型裝置成功實現(xiàn)了從室溫?zé)釁R約攝氏24度到冷源溫度攝氏負(fù)12度的跨越，溫差達(dá)攝氏36度，為彈卡冷凍領(lǐng)域首次錄得攝氏零度以下的冷源溫度。研究團(tuán)隊將設(shè)備集成于一個體積為1.0×0.5×0.5m3（0.25立方米）的裝置中，并在戶外攝氏20至25度的環(huán)境下進(jìn)行測試。裝置產(chǎn)生的低溫流體成功將一個小型隔熱腔室內(nèi)的空氣溫度在60分鐘內(nèi)穩(wěn)定在攝氏負(fù)4度，并將腔室內(nèi)20毫升蒸餾水在兩小時內(nèi)完全凍結(jié)成冰。這些測試證明了新技術(shù)的高效冷凍能力。在性能指標(biāo)方面，在零溫差條件下，該裝置的單位質(zhì)量制冷功率可達(dá)每克1.43瓦，系統(tǒng)能效最高達(dá)3.4，展現(xiàn)了相當(dāng)可觀的能效潛力。

此次研究對全球脫碳，以應(yīng)對氣候變化具重大影響力。根據(jù)研究引用的數(shù)據(jù)，全球氫氟烴類制冷劑的年排放量預(yù)計在2025年超過12億噸二氧化碳當(dāng)量，其中約27%來自于攝氏零度以下的冷凍應(yīng)用。這意味著，僅冷凍業(yè)每年產(chǎn)生約3.3億噸二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體排放。

這項零下彈卡冷凍技術(shù)的成功示范，為替代現(xiàn)有高全球變暖潛能值的氣體制冷劑提供可行的零排放方案。研究團(tuán)隊估算，若新技術(shù)在全球制冷領(lǐng)域獲廣泛應(yīng)用，每年有望減少約3.3億噸二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體排放，為實現(xiàn)全球氣候目標(biāo)作出重大貢獻(xiàn)。

科大研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人孫慶平教授表示：“這項研究成果展示了彈卡冷凍技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的潛力，我們正與業(yè)界緊密合作，積極推動技術(shù)的商業(yè)化。隨著全球?qū)浞蓟铮℉FCs）管控愈趨嚴(yán)格，這項零排放、低耗能的冷凍技術(shù)有望重塑冷凍業(yè)的格局，為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供關(guān)鍵技術(shù)方案。借助形狀記憶合金材料、制造工藝、熱力學(xué)設(shè)計及系統(tǒng)工程技術(shù)的進(jìn)步，我們將致力優(yōu)化彈卡冷凍系統(tǒng)的效率、功率密度和成本競爭力，以實現(xiàn)更大的冷凍功率、更高的效能。”

孫慶平教授及周國安教授為科大潘樂陶氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究中心成員，中心主任陸萌茜教授表示：“團(tuán)隊在彈卡冷凍技術(shù)領(lǐng)域取得的新突破，標(biāo)志著中心在應(yīng)對氣候變化方面的重大進(jìn)展。這項研究已在國際權(quán)威期刊《自然》上發(fā)表，為中心自2025年7月成立以來取得的重要成就，也實踐了中心為全球氣候韌性和可持續(xù)發(fā)展提供有效解決方案的使命?！?/p>

這個研究項目獲香港研究資助局轄下“策略專題研究資助金”及“優(yōu)配研究金”計劃、香港創(chuàng)新科技署，以及深港合作項目的重點支持。

此次更是孫教授的研究團(tuán)隊在一年內(nèi)再度于《自然》發(fā)表研究成果。團(tuán)隊去年二月首次于該期刊發(fā)表有關(guān)全球首臺千瓦級彈卡制冷空調(diào)裝置的研究，論文題為《Achieving Kilowatt-Scale Elastocaloric Cooling by a Multi-Cell Architecture》。

東方衛(wèi)視、看看新聞Knews記者 俞驊 香港報道