氣候變化的一大諷刺之處在於，隨著地球變暖，人們賴以保持涼爽的技術只會使氣候變得更熱。研究人員預計，到2050年，地球上的房間空調數量將增加三倍，達到45億臺，至少會像今天的手機一樣普及。世界經濟論壇計算表明，到本世紀末，空調產生的溫室氣體排放將導致全球氣溫上升高達0.5攝氏度。
簡而言之，空調迫切需要升級。自1902年年輕的美國工程師威利斯·開利為解決紐約市一家印刷公司的溼度問題而設計出第一臺空調以來，空調和冰箱背後的基本製冷技術並沒有發生顯著變化。毫不誇張地說，空調塑造了我們的現代世界，並將繼續對前所未有的氣候未來產生深遠影響。在經濟快速增長且已經面臨危險高溫和高溼度的國家（如印度、印度尼西亞和巴西），數十億人很快將購買他們的第一臺家用空調。他們是否能夠負擔得起氣候友好型空調——或者長期以來主導市場的重汙染型號——仍然懸而未決。
確保新一波客戶能夠負擔得起更高效的空調是全球製冷獎背後的動力。從戰略上講，該獎項的重點不是美國住宅中常見的中央空調系統，也不是窗式空調，而是類似於印度公寓樓中常見的單間空調，比賽將在印度舉行。2019年11月，八名決賽入圍者被宣佈參加這項100萬美元的競賽，旨在設計一種房間空調，其生命週期內的溫室氣體排放量比標準房間空調少五倍。
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該競賽於2018年啟動，由印度科學技術部（印度科學技術部的一部分）、落基山研究所（RMI）、24個額外國家的聯盟以及維珍集團創始人兼執行長理查德·布蘭森贊助。該獎項旨在加速開發能源消耗大幅減少且使用氣候友好型製冷劑的空調。RMI 估計，如果這項技術得到快速部署，到 2050 年，可以防止高達 100 吉噸二氧化碳當量的排放。
獲獎裝置的成本必須不超過標準房間空調的兩倍，並且必須在印度德里公寓樓的酷熱中保持人們的涼爽，那裡的熱指數（一種衡量感覺有多熱的指標）可能達到 140 華氏度。在 11 月收到 20 萬美元用於改進他們的方案後，八個團隊現在正在競相製造原型，這些原型將於 2020 年秋季運往印度進行測試。
為了理解這一挑戰，瞭解威利斯·開利發明的基本系統——以及我們今天基本上仍在使用的系統——會有所幫助。伊利諾伊大學機械工程師和榮譽退休教授克拉克·布拉德解釋說，這被稱為蒸氣壓縮迴圈。在其最簡化的形式中，它由兩個金屬盤管組成，一個位於要冷卻的空間內，另一個位於外部。液體制冷劑在盤管中迴圈，在不同的壓力下交替蒸發和冷凝。當製冷劑蒸發時，它會變冷並冷卻房間內的金屬盤管。當它到達室外盤管時，製冷劑冷凝，將熱量排入空氣中，然後開始下一個迴圈。同時，風扇吹過冷的金屬盤管，冷卻空氣並去除溼度，水像“冰鎮啤酒杯上的”水滴一樣在盤管上凝結，布拉德說。
今天價值 600 億美元的空調市場由少數幾家大公司主導，長期以來一直專注於降低基於蒸氣壓縮的空調的成本，而不是減少為其供電所需的能源量。除了提高空調效率外，迫切需要更換大多數空調仍在使用的氫氟碳化合物 (HFC) 製冷劑，儘管全球都在努力逐步淘汰這些化學物質。這些製冷劑作為溫室氣體，其效力大約是二氧化碳的 1,000–3,000 倍，它們會緩慢洩漏到大氣中，並在空調報廢時逸出。
布拉德說，儘管經過數十年的尋找，但很少有製冷劑被證明是 HFC 的可行替代品。“我們不希望它們易燃。我們不希望它們有毒。我們希望它們具有一定的沸點。我們不希望它們太粘稠，因為泵送它們會花費更多成本，而且我們不希望它們破壞臭氧層或使地球變暖。當您開始應用所有這些約束時，您就只有少數幾種選擇。”
創新者面臨的困境在於——他們應該將精力集中在尋找氣候最友好的製冷劑上，還是應該集中在減少電力使用上？為了實現競賽減少五倍氣候影響的目標，使用標準 HFC 製冷劑的空調必須比基準裝置少用 6.4 倍的電力。相比之下，使用對全球變暖零貢獻潛力的製冷劑的裝置只需要高效四倍即可。
大多數決賽入圍者都在這兩種方法之間取得平衡，將氣候友好型製冷劑與智慧控制和太陽能電池板等提高效率的技巧相結合。但其他一些團隊則選擇了第三種可能性——完全拋棄 HCF。Barocal 是一家由劍橋大學材料科學家 Xavier Moya 創立的初創公司，旨在透過一種由有機晶體制成的新型固體制冷劑來解決製冷劑洩漏問題。Moya 解釋說，這種晶體廉價且無毒，在壓力下釋放和吸收熱量，同時體積發生變化。典型的空調壓縮機可以輕鬆產生所需的最低壓力——70 巴或大氣壓——但可能需要更高的壓力。空調的效率將取決於團隊如何對晶體施加壓力。
其他團隊則將目光投向了能源方面。正如任何居住在潮溼氣候中的人都可以證明的那樣，溼熱比干熱感覺更糟糕，因為人體無法透過蒸發散發大量熱量。大多數蒸氣壓縮系統都採用強力除溼方法，使室內盤管非常冷，以至於當空氣吹過冷的金屬時，水滴被迫凝結。特別是在潮溼的氣候中，這通常意味著空調必須設定為比人們實際想要的溫度更低的溫度，從而浪費能源。
為了解決這個問題，幾個團隊正在尋找在空氣冷卻之前對其進行除溼的方法。例如，麻省理工學院 (MIT) 的初創公司 Transaera 正在與青島海爾空調器總公司有限公司合作，構建一種裝置，該裝置使用一種新型高孔隙材料（稱為金屬有機框架）從空氣中去除水分子。材料中的奈米級孔隙就像分子海綿一樣，比任何其他已知材料更有效地從空氣中去除水滴。該團隊計劃使用空調壓縮機的廢熱來乾燥海綿，使其可以重複使用。如果這種“海綿”可以與現有裝置配合使用，並且不需要頻繁更換，那麼它可能會在競爭中脫穎而出。
然而，時間不在發明者這邊。為了防止新型空調產生的全球排放量上升，滿足全球變暖潛力降低五倍的獲獎標準的新技術必須極其迅速地擴大規模，到 2022 年上市並在 2040 年之前佔據近 100% 的年度銷售額，RMI 已計算得出。
降低價格的競爭非常激烈，以至於很難取代更便宜的選擇，尤其是在印度和巴西等國家，在這些國家，收入的增加意味著許多人很快就能買得起他們的第一臺空調。然而，Transaera 的創始人索林·格拉瑪表示，在貧困國家，降低空調的執行費用與降低其前期成本同樣重要。
格拉瑪在新德里生活併為印度奶農研究農村製冷系統時，給他的員工提供了一臺房間空調，以便她的女兒可以更舒適地學習。後來，當他檢視它是否有幫助時，這位女士告訴他她一直沒有使用它，因為她負擔不起執行費用。
格拉瑪希望全球製冷獎將有助於使印度的政策與技術創新保持一致，為效率和成本設定新標準。與許多其他熱帶國家一樣，印度迫切需要保持人口涼爽——2017 年《科學進展》雜誌上的一項研究發現，在高排放情景下，到 2100 年，印度四分之三的人口將面臨危及生命的酷熱和潮溼。世界經濟論壇稱，要求空調符合全球製冷獎標準的法規將為印度節省 3800 億美元的空調成本，並實現該國約 40% 的減排目標。
世界衛生組織估計，到 2050 年，全球極端熱浪每年可能導致超過 255,000 人死亡。新型空調不足以避免這些死亡——還需要其他措施，例如使用比玻璃和混凝土更好的絕緣材料進行建造。如果歷史可以作為借鑑，那麼改變我們保持涼爽方式的最快途徑將是創新、競爭和監管的結合。速度至關重要，因為全球製冷競賽的賭注不僅是舒適，更是生存。
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