行业背景与挑战 - 全球变暖与制冷需求增长形成尖锐矛盾 传统蒸气压缩制冷技术使用氢氟烃等强效温室气体作为制冷剂 成为重要碳排放源 [2] - 全球氢氟烃类制冷剂年排放量预计在2025年将超过12亿吨二氧化碳当量 其中约27%（约3.3亿吨）来自零度以下的冷冻应用 [2] - 冷冻业市场规模与空调业相当 其“脱碳”需求迫在眉睫 [2] 技术突破概述 - 香港科技大学团队成功研发出全球首台能够达到零下摄氏度的绿色弹卡冷冻装置 实现了低至-12℃的制冷效果 [1] - 该突破标志着绿色弹卡冷冻技术的应用范围 从室内空调制冷扩展至要求更严苛的全球冷冻业 [1] - 该技术完全无需传统制冷剂 为零排放创新技术 为冷冻业绿色低碳转型提供了“中国方案” [1] 核心技术细节 - 材料创新：选用高镍含量（51.2 at%）的二元镍钛合金 通过成分调控将奥氏体结束温度降至-20.8℃ 该合金在低至-20℃环境下仍能展现优异超弹性和显著相变潜热 [3] - 材料性能：合金绝热温变峰值在0℃时可达16.3℃ 有效工作温窗宽达48.5℃ [3] - 传热流体：采用30 wt%的氯化钙水溶液作为传热物质 凝固点低 在低温下保持良好的流动性 避免冰晶堵塞 并与合金表面有良好湿润性以提升传热效率 [3] - 结构设计：设备采用压缩式主动回热布雷顿循环 回热器由八个管状镍钛合金单元级联构成 每个单元包含三个薄壁管结构 [3] - 结构优势：设计扩大了传热面积与体积比（达8.68 mm-1） 能在900 MPa压应力下实现均匀压缩而不屈曲 确保制冷过程稳定高效 [3] 原型机性能 - 原型机体积为1.0×0.5×0.5m³（0.25立方米） 为桌面型原理样机 [4] - 在1赫兹运行频率下 成功实现从约24℃室温到-12℃冷源的跨越 温差高达36℃ 是该领域首次突破零下大关 [4] - 户外实测中 装置产生的低温流体成功将一个小型隔热腔室空气温度在60分钟内稳定在-4℃ 并在两小时内将20毫升水完全冻结成冰 [6] - 性能指标显示 其系统能效最高可达3.4 单位质量制冷功率达每克1.43瓦 [6] 商业化前景与行业影响 - 团队正与业界紧密合作 积极推动技术的商业化进程 [7] - 未来将通过材料、工艺、热力学设计及系统工程技术的进步 优化系统效率、功率密度和成本竞争力 [7] - 该技术从原理上验证了零排放冷冻技术的可行性 为全球淘汰高GWP制冷剂提供了极具竞争力的技术备选方案 [8] - 若该技术在全球冷冻领域获得广泛应用 每年有望减少约3.3亿吨二氧化碳当量的温室气体排放 [8] - 随着全球对氢氟碳化物的管控日趋严格 这项零排放、低耗能的弹卡冷冻技术 有望从根本上重塑冷冻业的格局 [8]