彈卡技術升效能利商業化 有助相關行業改革轉型

全球氣候變化，製冷和供暖需求持續增加，相關電力消耗已佔去全球總電力消耗的兩成。香港科技大學工學院的研究團隊，針對近年興起、基於形狀記憶合金的環保製冷技術，成功研發了一種多材料級聯彈卡製冷（elastocaloric refrigeration）裝置，其製冷效率大幅增加逾48%，刷新了世界紀錄。港科大團隊表示，是次研究突破大幅提升彈卡製冷技術的效能，以推動其商業化，在有望減少全球能源消耗的同時，更可為依賴製冷技術的行業帶來改革轉型。◆香港文匯報記者 高鈺

傳統的蒸氣壓縮製冷技術常用的製冷劑容易造成環境污染，故科學家一直尋找更佳的替代方案。近年，科學家致力探索彈卡製冷（又稱彈熱製冷）技術，那是基於形狀記憶合金循環相變潛熱的機理，達到製冷效果，技術所使用的形狀記憶合金製冷劑，不僅不含溫室氣體且高效，更可100%回收利用。然而，所有已開發彈卡製冷裝置的溫跨，即顯示製冷設備將熱量從低溫源傳遞到高溫散熱器的能力指標相對較小，例如約20K至50K（卡氏度），大大阻礙了這一新興技術的商業化。

攻破溫跨障礙 顯著提升效率

港科大機械及航空航天工程學系教授孫慶平與姚舒懷率領的研究團隊攻克了這個障礙：他們選擇了三種具有不同相變溫度的鎳鈦合金，分別在冷端、中間端和熱端工作。通過匹配各單元的工作溫度與相應的相變溫度，將整體裝置的超彈性溫度窗口擴大至100K以上，使得每個鎳鈦單元均能在其最佳溫度範圍內工作，顯著提升製冷效率。該多材料級聯彈卡製冷裝置在水側實現了75K的溫跨，超越了之前的50.6K世界紀錄。

研究成果學術期刊發表

該項研究突破最近在學術期刊《自然能源》上發表。據介紹，港科大團隊多年來在彈卡製冷材料和結構研究方面，取得了豐碩成果，包括成功申請多項專利及多次在國際期刊上發表論文。

建基在這些成果上，港科大團隊將進一步開發高性能形狀記憶合金和設備，以用於零度以下的彈卡製冷和高溫熱泵應用，並將繼續優化材料特性，及開發高效能製冷系統，以推動相關技術的商業化。

現時空間製冷和供暖，佔全球總電力消耗的兩成，預計至2050年更會成為第二大全球用電需求。

孫慶平表示，未來隨着材料科學和機械工程技術的不斷進步，他有信心彈卡製冷技術可成為下一代環保、高效的製冷和供暖解決方案，以滿足全球龐大的製冷市場需求，為減碳和緩減全球暖化作出貢獻。