“温室气体”二氧化碳缘何成为冬奥制冰“主力军”？专家解读：液态二氧化碳能在流动中带走热量

这届冬奥会，新技术频出。如二氧化碳跨临界直膨全热回收、二氧化碳超临界制冷技术……这些专有名词不容易读懂，但表达的含义却是类似：温室气体二氧化碳，成了冬奥的制冷“主力军”。南京工业大学化工学院副院长陈小强教授告诉记者,“温室气体”只是二氧化碳诸多“标签”中的一个，一旦变成液态形式，“温室气体”不仅不升温，还能在流动中带走热量，充当制冷剂。

“温室气体”制冰，首先得改变形态

二氧化碳最容易搜到的名词解释，大家都不算陌生：常温常压下是一种无色无味或无色无臭而其水溶液略有酸味的气体，也是一种常见的温室气体，还是空气的组分之一。近些年，伴随着“碳达峰”“碳中和”等节能减排目标的提出，二氧化碳更是在不少人心中直接与“升温”“变暖”等标签画上了等号。

这样一种“温室气体”，出现在冬奥场馆里制冰造雪，似乎有些幽默。但现实却是，通过先进的二氧化碳跨临界直膨全热回收方式，我国科研人员成功在国家速滑馆制出了“大冰场”，这也是目前世界上最先进环保的制冰技术，而且制冰能效大幅提升。

“温室气体”到底怎么制冰？南京工业大学化工学院副院长陈小强教授介绍，要了解二氧化碳制冰，首先要打破“温室气体”这一刻板印象。“二氧化碳在绝大多数时候是以气体的形式存在的，但是，如果给二氧化碳加压，那么它就会变成液态。液态的二氧化碳可以像我们日常见到的水等液体一样流动，在封闭的管道中，它可以成为热传导介质。”陈小强告诉记者，液态二氧化碳在流动中，能够作为一种能量传递介质，吸收并带走热量，从而让周围的温度降下来。

为了方便读者理解，陈小强用生活中最常见的降温方式举了个例子：如果我们想让一杯热腾腾的茶迅速降温，最好的方法莫过于将茶杯放置在冷水中。冷水带走了热茶的热量，茶水的温度便能下降。液态二氧化碳的“制冷”原理，最通俗层次的理解便与之类似。

可以循环使用，环保还节能

根据已经公开的信息，国家速滑馆“冰丝带”里的冰面面积为1.2万平方米，要制成这么大一块冰面，不得一天24小时拼命往管道中注入加压后的二氧化碳么？并不是这样。陈小强解释，二氧化碳制冰的过程是一个循环。“液态二氧化碳吸收走热量后，会变成部分气体，进入另一个压缩循环。气态的二氧化碳经过压缩机压缩，通过冷凝过程降低压缩二氧化碳温度，再减压液化。“这是一个封闭的体系，二氧化碳可以实现循环使用，不会排放到空气中。”

专家介绍，小到家用冰箱，大到商业冷库，所有制冷活动的核心都是制冷机。制冷机主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器4个部分组成，其中的关键物质就是制冷剂，不同的制冷剂制冷效果存在差异。

与过往的制冷剂，如氟利昂或者氨制冷剂相比，二氧化碳制冷优点突出。二氧化碳同时具有优良的热力特性、安全特性和环境特性，压缩过程的效率高，热回收时放热效率高，用于较高温度和较大温差需要的热回收时具有独特的优势。陈小强介绍，“二氧化碳制冰的过程相对更加稳定，利用二氧化碳跨临界直冷制冰技术造出来的冰面温差小，整个冰面硬度基本相同，利于运动员创造佳绩。”

日常生活中还不算常见制冷剂

不仅是制冰，在室外造雪方面，二氧化碳也“大显神通”。陈小强教授表示，二氧化碳制造冰雪的基础原理，依然是液态流动中对热量的吸收。“通过二氧化碳制冷以后，再加以新型优化的造雪设计，便能实现安全、高效、低成本、高品质的人工造雪。”

“利用二氧化碳来制冷，在我们的生活中并不算常见。”陈小强补充，目前家用的冰箱或是空调，部分采用的还是氟利昂、氨及其他环保型制冷剂。“夏天开空调，觉得不出冷风了。师傅上门后掏出一个中号的钢瓶子，里面装的就是制冷剂。”

但在化学实验室中，液态的二氧化碳已经被应用在很多方面。“平时我们会购买气体的二氧化碳，通过加压的方式将它变成液态。”陈小强介绍，液态二氧化碳可以在化学化工领域作为一种超临界流体使用，作为反应介质和萃取分离试剂用于聚合反应及中药有效成分提取等。

扬子晚报/紫牛新闻记者  杨甜子

校对 徐珩

编辑 : 严静