初創公司Barocal發明的固態可擠壓制冷劑有望顛覆冰箱和空調制冷方式

一家由材料物理學家創立的初創公司，正試圖用全新的固態制冷材料改寫我們給食物和室內空間降溫的方式，如今它在商業化道路上邁出了關鍵一步。 這家公司名為 Barocal，過去七年一直在開發一種可以通過施加壓力來吸熱放熱的固態材料，希望以此取代傳統會泄漏并破壞臭氧層、加劇溫室效應的制冷工質。 按計劃，這類材料未來有望被應用到冰箱和空調系統中。

據報道，這家初創公司由劍橋大學教授、材料物理學家 Xavier Moya 創立，近期剛完成一筆 1000 萬美元的新融資，用于推進其固態制冷方案的商業化進程。 這筆資金是在此前已從歐洲創新委員會獲得 450 萬美元資助、以及在 TERA-Award 能源解決方案競賽中斬獲 100 萬美元獎金的基礎上再度加碼，被認為將顯著加速 Barocal 的技術落地速度。

要理解 Barocal 的路線，先要回顧傳統制冷系統的基本原理。 當下家用冰箱普遍采用液態制冷劑在箱體內部盤管中循環，這類制冷劑多為強效溫室氣體。 它們在蒸發成氣體時，會從周圍空氣和食物中吸收熱量，從而讓內部空間降溫。 隨后，氣態制冷劑被壓縮機抽入并壓縮，在這個過程中氣體被加熱。 高溫高壓氣體再流經機身背面的盤管，風扇幫助其向外界空氣散熱，氣體逐步冷卻并重新冷凝為液體。 再經過節流元件降低壓力后，液態制冷劑回到蒸發器盤管，整個循環不斷重復完成制冷。

Barocal 的創新在于使用一種廉價的固態制冷材料——塑料晶體。 在靜止狀態下，這種晶體內部的分子可以自由旋轉，此時材料本身能夠吸收熱量，其溫度變化范圍可穩定覆蓋約 50 攝氏度（90 華氏度）。 當外界對其施加壓力時，分子旋轉被“按下暫停鍵”，晶體會釋放出先前吸收的熱量。 若在這一過程中讓水流經過材料并將熱量帶走，再通過散熱器將熱量排向環境，就可以實現從冰箱或空調系統中把熱“搬運”出去。

這一原理被稱為“壓卡效應”（barocaloric effect），也正是 Barocal 公司名稱的來源。 借助這種固態壓卡制冷材料，制冷系統不再依賴傳統的溫室氣體制冷劑，從根本上消除泄漏時對氣候帶來的巨大負面影響。 同時，傳統蒸汽壓縮制冷循環能耗較高，需要大量電力驅動壓縮機，而固態方案有望顯著提升能效，降低制冷所需能源。

值得注意的是，Moya 和他的團隊并非這一方向上的唯一探索者。 包括多家團隊在內的科研力量正嘗試利用類似原理開發低碳制冷技術，劍橋大學也在 Barocal 成立之前，對相關機制持續研究了長達 15 年之久。 例如，有研究團隊提出了基于固態制冷劑的綠色空調方案，希望替代傳統冷媒系統。

如果 Barocal 能在工程和市場層面“穩穩落地”，這類固態制冷技術有望在未來實現雙重減排：一方面減輕全球對制冷需求所帶來的用電壓力，另一方面則從源頭上剔除使用溫室氣體制冷劑的需求。 考慮到未來幾十年全球冰箱和空調數量仍將大幅增長，這種替代路徑在減緩氣候變化方面的潛在影響被寄予厚望。

目前，Barocal 正在探索將其具有蠟狀質感的固態制冷材料導入商用級暖通空調（HVAC）和制冷系統。 除了材料本身的研發，如何把這類“可擠壓的固體”做進一個真正可用的系統，還需要大量工程工作，包括實現系統的小型化、高效性、成本控制以及運行時的低噪音。 公司此前透露，已與多家國際企業開展試點合作，目標是在三年內推出首款商業產品。 若進展順利，消費者或許不必等待太久，就能在日常生活中體驗到這種“未來冰箱”的制冷方式。