進退兩難話空調

來源：經濟日報

近日，全球迎來有記錄以來最熱的一天。7月22日，全球平均氣溫達到17.15攝氏度，東亞、中東、歐洲、北美等地均出現極端高溫天氣。在這樣的高溫下，空調成了大多數人的“救命稻草”。但實際上，空調從某種意義上說也是地球不斷升溫的幕後推手之一。

縱觀人類文明發展史，對舒適溫度的追求幾乎貫穿始終。不過從總體來看，升溫容易降溫難。人類早在百萬年前就已掌握生火取暖的技術，但直到工業革命前，人們都缺少高效降溫的方法，能利用的往往只有天然的冰塊。

據記載，早在公元3世紀，羅馬帝國皇帝埃拉伽巴路斯就嘗試過降溫。他派人將山上的冰運到花園裡，微風將冰塊產生的涼氣吹進屋內。直到19世紀初，來自美國波士頓的企業家弗雷德裡克·圖德還通過類似的方式發了一筆財。1806年冬天，他從新英格蘭結冰的湖上鑿下冰塊，用碎木屑做成隔熱裝置，把冰塊賣到了炎熱的南方地區，甚至遠銷至加勒比地區。

又過了大約一個世紀，空調才正式“上線”。不過，其誕生卻與人類的享受意願並無直接關係。

20世紀初，印刷業面臨着一個棘手的難題，即印刷過程中紙張會因爲溼度變化而變形，導致印刷品質量下降。爲解決這個問題，年輕的工程師威利斯·開利設計出了現代空調的雛形——空氣調節裝置。這種裝置可以通過讓空氣在用壓縮氨冷卻的線圈上循環，使溼度保持在恆定的55%。這個裝置還帶來了一份意外收穫，那便是溫度隨之降低。

開利並未將自己的發明侷限於印刷業。他利用這種溫度調控設備改造出了早期的空調，並首先在電影院等公共場所投入使用，涼爽通風也一度成爲電影院的新賣點。不過，當時的製冷設備使用的冷媒氣體包括氨氣、二氧化硫、乙醚和丙烷等，要麼有毒有害，要麼易燃易爆，所以不誇張地說，爲了這絲涼氣，人們真的是冒着生命危險。這也是當年製冷設備未能普及的重要原因之一。

直到化學家托馬斯·米基利發現了一類看似完美的冷媒——氯氟碳化合物（CFC），也就是我們所熟悉的氟利昂，空調才真正得以大規模推廣。這不僅大幅提升了人們的生活品質，甚至對社會生產也產生了不小的影響。耶魯大學教授威廉·諾德豪斯（William Nordhaus）的一份研究報告揭示了溫度與生產效率之間的關係。從總體來看，外界平均氣溫越高，生產效率就越低，反之亦然。換句話說，空調帶來的涼爽爲高效率的生產提供了相應的保障，經濟社會方方面面均從中受益。

然而，米基利並沒有料到，空調的大規模使用也導致“一場‘滅頂之災’在萬里高空醞釀”——CFC類化合物給臭氧層帶來了巨大傷害，由此開啓了空調製冷與保護環境之間的博弈。

1974年，美國和墨西哥的兩位科學家提出了CFC破壞臭氧層的機理；1985年，關於南極洲上空臭氧濃度迅速衰減的觀測數據被公開。但彼時基於氟利昂已發展出規模達到數十億美元的產業，面對巨大的眼前利益和看不見摸不着的長遠利益，人們產生了不小的分歧，CFC與臭氧層也成爲那幾年最具爭議的話題之一。

直到1985年，國際社會終於達成《保護臭氧層維也納公約》，確定了國際合作保護臭氧層的原則；1987年又在加拿大達成《關於消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》，爲發達國家和發展中國家分別制定了停止生產和使用CFC冷媒的時間表。比如，現在空調中普遍使用的冷媒，主要包括氫氯氟烴類（HCFC）和氫氟烴類（HFC）化合物兩大類。其中，HCFC雖然也含有氯，會破壞臭氧層，但破壞係數僅爲CFC的百分之幾，且作爲替代CFC冷媒的過渡性產品，已進入加速淘汰階段。而HFC類化合物，由於不含氯，對臭氧層基本無害。

數據表明，經過數十年的協作，人類似乎正在從這場災難中轉危爲安。根據2022年蒙特利爾條約評估小組的一份報告，如今南極上空的臭氧層正在逐步恢復，不僅空洞面積在縮小，臭氧濃度也有所增加。有科學家預計，如果保持這一趨勢，至2070年左右南極臭氧空洞可基本修復。

然而，人們還是笑早了。不久之後，另一份研究報告發布：雖然嚴重破壞臭氧層的CFC冷媒已被逐漸淘汰，臭氧空洞也不再是熱點議題，但更新換代之後的氟利昂依舊在傷害人們賴以生存的地球家園，只不過這一次，是通過加劇全球變暖的方式。

報告稱，一方面，大量空調運行帶來了大規模的能源消耗，同時，其向室外釋放出的多餘熱量還會進一步加強“熱島效應”；另一方面，雖然氟利昂在大氣中所佔的比例遠小於二氧化碳，但氟利昂類物質產生的溫室效應卻是相同質量二氧化碳的數千倍之多，堪稱“超級溫室氣體”。而且，伴隨着當前製冷空調在發展中國家的快速普及，氟利昂的排放量還在迅速增長。

爲扭轉全球快速變暖的趨勢，在2016年的“蒙特利爾破壞臭氧層物質管制議定書”第28次締約方大會上，與會各方經過艱苦的談判，最終達成了逐步減排HFC的《基加利修正案》。

應該說，修正案的達成對於地球生態環境而言是重大利好的，但放棄HFC之後的人類又該如何度過越來越酷熱的夏日呢？

遺憾的是，直到今天，科學家們仍然沒有找到完美的解決方案，相關替代方案仍在探索中。比如，2024年巴黎奧運會便爲保護環境“放棄”了空調。取而代之的是，利用地溫冷卻系統將冷水泵入公寓，讓室內外實現6攝氏度至10攝氏度的溫差。此外，科學家們也在不斷嘗試改進製冷技術，開發更加綠色環保的空調冷媒，越來越多的人開始將目光重新聚焦在氨氣、二氧化碳和烷烴這樣的無鹵素天然氣體上，以此爲冷媒的新控溫方式成爲熱門研究方向。在2022年北京冬奧會期間，國家速滑館等多個奧運場館首次採用了二氧化碳跨臨界循環制冷系統，極大降低了製冰造雪過程中的碳排放，爲綠色奧運作出了貢獻。

當前，新一代冷媒對臭氧和氣候變化更加友好，但在阻燃、毒性和使用成本等方面還存在不少缺陷。發展更加綠色環保且經濟節能的冷媒和製冷技術，依舊是全世界需要大力攻關的課題。 （本文來源：經濟日報 作者：楊嘯林）