“溫室氣體”二氧化碳緣何成為冬奧製冰“主力軍”？專家解讀：液態二氧化碳能在流動中帶走熱量

「本文來源：紫牛新聞」

這屆冬奧會，新技術頻出。如二氧化碳跨臨界直膨全熱回收、二氧化碳超臨界製冷技術……這些專有名詞不容易讀懂，但表達的含義卻是類似：溫室氣體二氧化碳，成了冬奧的製冷“主力軍”。南京工業大學化工學院副院長陳小強教授告訴記者，“溫室氣體”只是二氧化碳諸多“標籤”中的一個，一旦變成液態形式，“溫室氣體”不僅不升溫，還能在流動中帶走熱量，充當製冷劑。

“溫室氣體”製冰，首先得改變形態

二氧化碳最容易搜到的名詞解釋，大家都不算陌生：常溫常壓下是一種無色無味或無色無臭而其水溶液略有酸味的氣體，也是一種常見的溫室氣體，還是空氣的組分之一。近些年，伴隨著“碳達峰”“碳中和”等節能減排目標的提出，二氧化碳更是在不少人心中直接與“升溫”“變暖”等標籤畫上了等號。

這樣一種“溫室氣體”，出現在冬奧場館裡製冰造雪，似乎有些幽默。但現實卻是，透過先進的二氧化碳跨臨界直膨全熱回收方式，我國科研人員成功在國家速滑館製出了“大冰場”，這也是目前世界上最先進環保的製冰技術，而且製冰能效大幅提升。

“溫室氣體”到底怎麼製冰？南京工業大學化工學院副院長陳小強教授介紹，要了解二氧化碳製冰，首先要打破“溫室氣體”這一刻板印象。“二氧化碳在絕大多數時候是以氣體的形式存在的，但是，如果給二氧化碳加壓，那麼它就會變成液態。液態的二氧化碳可以像我們日常見到的水等液體一樣流動，在封閉的管道中，它可以成為熱傳導介質。”陳小強告訴記者，液態二氧化碳在流動中，能夠作為一種能量傳遞介質，吸收並帶走熱量，從而讓周圍的溫度降下來。

為了方便讀者理解，陳小強用生活中最常見的降溫方式舉了個例子：如果我們想讓一杯熱騰騰的茶迅速降溫，最好的方法莫過於將茶杯放置在冷水中。冷水帶走了熱茶的熱量，茶水的溫度便能下降。液態二氧化碳的“製冷”原理，最通俗層次的理解便與之類似。

可以迴圈使用，環保還節能

根據已經公開的資訊，國家速滑館“冰絲帶”裡的冰面面積為1。2萬平方米，要製成這麼大一塊冰面，不得一天24小時拼命往管道中注入加壓後的二氧化碳麼？並不是這樣。陳小強解釋，二氧化碳製冰的過程是一個迴圈。“液態二氧化碳吸收走熱量後，會變成部分氣體，進入另一個壓縮迴圈。氣態的二氧化碳經過壓縮機壓縮，透過冷凝過程降低壓縮二氧化碳溫度，再減壓液化。“這是一個封閉的體系，二氧化碳可以實現迴圈使用，不會排放到空氣中。”

專家介紹，小到家用冰箱，大到商業冷庫，所有制冷活動的核心都是製冷機。製冷機主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器4個部分組成，其中的關鍵物質就是製冷劑，不同的製冷劑製冷效果存在差異。

與過往的製冷劑，如氟利昂或者氨製冷劑相比，二氧化碳製冷優點突出。二氧化碳同時具有優良的熱力特性、安全特性和環境特性，壓縮過程的效率高，熱回收時放熱效率高，用於較高溫度和較大溫差需要的熱回收時具有獨特的優勢。陳小強介紹，“二氧化碳製冰的過程相對更加穩定，利用二氧化碳跨臨界直冷製冰技術造出來的冰面溫差小，整個冰面硬度基本相同，利於運動員創造佳績。”

日常生活中還不算常見製冷劑

不僅是製冰，在室外造雪方面，二氧化碳也“大顯神通”。陳小強教授表示，二氧化碳製造冰雪的基礎原理，依然是液態流動中對熱量的吸收。“透過二氧化碳製冷以後，再加以新型最佳化的造雪設計，便能實現安全、高效、低成本、高品質的人工造雪。”

“利用二氧化碳來製冷，在我們的生活中並不算常見。”陳小強補充，目前家用的冰箱或是空調，部分採用的還是氟利昂、氨及其他環保型製冷劑。“夏天開空調，覺得不出冷風了。師傅上門後掏出一箇中號的鋼瓶子，裡面裝的就是製冷劑。”

但在化學實驗室中，液態的二氧化碳已經被應用在很多方面。“平時我們會購買氣體的二氧化碳，透過加壓的方式將它變成液態。”陳小強介紹，液態二氧化碳可以在化學化工領域作為一種超臨界流體使用，作為反應介質和萃取分離試劑用於聚合反應及中藥有效成分提取等。

揚子晚報/紫牛新聞記者 楊甜子