告別冷媒的冷卻革命：固態空調技術能取代傳統壓縮機嗎？

隨著全球氣溫攀升，冷卻技術的創新需求日益迫切。目前，科學家與新創公司正致力於推動「固態冷卻（Solid-state cooling）」技術，這項技術目前僅應用於小型設備，如迷你冰箱、電動車電池及高階遊戲電腦。傳統空調依賴壓縮機與風扇循環冷媒，將其在液態與氣態間轉換以進行熱交換；而固態系統則透過釓（gadolinium）或碲化鉍（bismuth telluride）等導電材料來傳導熱量，理論上能減少傳統冷媒帶來的環境副作用。

效率瓶頸：固態技術的關鍵考驗

固態冷卻能否達到傳統空調的效率，是業界最核心的爭議。密西根大學機械工程教授 Pramod Reddy 表示：

「目前遺留的關鍵問題之一，是為什麼固態冷卻器的效率不如典型的熱力循環系統？」

目前，全球多個研究團隊正透過不同路徑進行測試：

• 熱電冷卻（Thermoelectric cooling）：總部位於布魯克林的 Mimic Systems 正進行相關測試，透過電流通過半導體材料來轉移熱量，目前已在溫哥華的一間公寓進行室內氣候控制系統的試點。
• 磁熱冷卻（Magnetocaloric setup）：德國公司 Magnotherm 透過材料的磁化與去磁過程來轉移熱量，即將在連鎖超市進行系統測試。
• 彈性熱冷卻（Elastocaloric device）：香港的研究團隊開發的裝置，利用材料在膨脹與收縮時的溫度變化，據稱可達到攝氏零度以下的冷卻效果。
• 壓熱冷卻（Barocaloric systems）：英國公司 Barocal 則專注於利用壓力變化來改變溫度的系統。

西北大學研究電與熱傳導的教授 Jeff Snyder 指出，現代暖通空調（HVAC）系統的性能係數（COP）通常為 3，意味著每輸入單位能量，系統能移動 3 個單位的熱量。他強調，熱電技術在溫差較大時性能會顯著下降，因此目前僅適合車用座椅冷卻等利基應用。

環境效益與未來展望

儘管效率存疑，但支持者認為不能僅以 COP 作為唯一指標。氣候科技加速器 Third Derivative 的經理 Lindsay Rasmussen 指出，美國現行空調多使用 R410A 冷媒，其全球暖化潛勢（GWP）是二氧化碳的 2,000 倍以上。此外，傳統空調包含大量活動零件，耐用度不如結構較簡單的固態模型。

Rasmussen 認為，研究人員應將重點轉向比較長期能源消耗，而非僅關注 COP。例如，Mimic Systems 聲稱其室內空調模型在年度總耗電量上，應能與傳統空調持平。至於彈性熱與壓熱系統，雖然具備潛力，但室內規模的原型機預計仍需 2 至 3 年才能問世。

雖然固態冷卻取代壓縮機式空調的可能性微乎其微，但考慮到未來十年內，印度等國家將安裝數千萬台新空調，即便固態技術僅能搶佔 5% 的市場份額，其帶來的環境影響仍相當可觀。