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聖嬰來了!地獄式熱浪燒出「冷」商機

世界氣象組織警告,聖嬰現象到來,今年夏季的氣溫還會進一步升高。圖/美聯社
世界氣象組織警告,聖嬰現象到來,今年夏季的氣溫還會進一步升高。圖/美聯社

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全球高溫頻創紀錄、乾旱及水災等異常天氣也增多,世界氣象組織(WMO)警告,聖嬰現象到來,可能將使今年夏季的氣溫還會進一步升高。美國達特茅斯學院也預估,到2029年如此極端氣候對全球造成的經濟損失最高將達到3兆美元。

WMO日前發布數據指出,今年7月首周是有紀錄以來最熱的一周,其中7月7日全球平均氣溫更達到17.24度,改寫2016年8月16日創下的舊有紀錄16.94度。此外該組織還表示,今年6月也創下有記錄以來最熱的6月。然而從長期來看,全球平均氣溫呈現上升趨勢。

另,根據中央社轉載伍德威爾氣候研究中心(Woodwell Climate

Research Center)資深科學家佛朗西斯(Jennifer Francis)在7月初的說法,這些紀錄是基於20世紀中葉以來的觀測數據,仍「幾可確定」是地球一段更長時期以來的最高溫。

真的熱翻…消暑小物花樣百出散熱氣

根據華爾街日報近期報導,將索尼公司的Reon Pocket 4穿戴式智能冷暖調溫裝置巧妙地放進特製商務襯衫衣領的口袋裡,脖後便能感受到一塊金屬板帶來的涼意。這個小玩意大約是一個小型電視遙控器的大小,其原理是基於一種叫做「珀耳帖效應」(Peltier effect) 的溫差電現象 ( thermoelectric phenomenon)。當有電流通過兩種不同導體的接口處時,兩邊會分別出現吸熱和放熱現象,從而能有效地從穿戴者身上帶走熱量。

儘管上一代Reon製造的涼氣並不大,但其電池較小,去年一上市就迅速售罄。索尼表示,可以看到人們對個人降溫 (personal-cooling)技術的興趣在不斷增加,公司預計該市場會不斷擴大。

 REON POCKET 是一款全新的穿戴式散熱/加熱裝置,可以直接為機身接觸到的身體部位帶來清涼或温暖觸感 。圖/sony官網
REON POCKET 是一款全新的穿戴式散熱/加熱裝置,可以直接為機身接觸到的身體部位帶來清涼或温暖觸感 。圖/sony官網

全球變暖的趨勢正促使人們努力尋找個人降溫的新方式,這在一些人看來頗具挑戰,因為這不僅關乎舒適度的問題。無論是探索如何將溫差電技術提升到新的水平,還是從沙漠中的螞蟻和駱駝身上尋找靈感,研究人員和科學家們都在尋求創新的解決方案,不僅要適用於汗流浹背的主管們,也適用於農民、工廠工人、急救人員和其他無法使用傳統空調的人。

至於哈佛大學化學教授Jarad Mason則表示,他正專注於空調領域而非個人降溫領域的研究,其研究重點是用所謂的「龐壓卡材料」(barocaloric materials,一種受擠壓時會升溫或降溫的固體)取代液態製冷劑。這種固定住的製冷設備類似於目前使用的窗機和熱泵,但體積更小、更簡單、也更環保。

「高溫問題已困擾國土安全部多年」,美國國土安全部科學與工程辦公室災後復原方面的高級科學顧問David Alexander表示,「極端高溫事件在美國各地越來越頻發。它是天氣相關原因致死案件中最重要的一個原因,而且其佔比還在不斷上升。」

美國國土安全部的使命之一就是保護急救人員、戶外工作者和因緊急情況流離失所者,該部門於2021年發起了一項獎金價值19.5萬美元的製冷解決方案挑戰賽,以推動研發出高效、輕量的製冷技術,讓人們可以坐在裡面、隨身攜帶甚至是穿戴上身。

荒漠怪獸是「牠」頂熱浪外出覓食

鏡頭轉向在炎熱沙漠中生存的銀蟻。銀蟻是世界上速度最快的螞蟻,它們能在非洲烈日下迅速從陰涼處飛奔出來覓食。

一位來自北卡羅來納州的材料科學家Don Chernoff看到蘇黎世大學帶頭進行的有關撒哈拉銀蟻的研究。多年來,自然學家一直認為這種螞蟻只是身上的銀色反射足夠的陽光以保持自身處於安全的溫度。但由美國和瑞士科學家組成的一個團隊發現,這只是故事的一部分。

科學家在功能強大的顯微鏡下觀察螞蟻,發現它的毛髮已經進化成一種不尋常的三角形,就像小小的空心Toblerone三角巧克力。這種結構能夠非常有效地散射包括陽光在內的大部分輻射。但同時,它對於對應螞蟻自身體溫的紅外輻射窄帶幾乎是透明的,使它們即使在日曬最強的日子裡,也能散出體熱。

2020年,中國寧波大學的研究人員展示了螞蟻的散熱系統也可以在人類這個體量上發揮效果。他們仿照螞蟻的毛髮,在一塊智能手錶上覆蓋了帶有三角形氣隙的微小矽膠纖維,使手錶的溫度降低了4.5攝氏度(8華氏度)。Chernoff利用他獲得的2.5萬美元的挑戰賽獎金,聘請北卡羅來納州立大學的紡織工程師開發一種毛髮狀服裝材料,這種材料可以為穿戴它的人降溫。他承認,任何降溫服裝離上架都還有很長的路要走。他說:「到目前為止,一切都只是挑戰,沒有成功過,但我希望今年能有織物可以進行測試。」

 世界氣象組織(WMO)警告,聖嬰現象到來,可能將使今年夏季的氣溫還會進一步升高。圖/美聯社
世界氣象組織(WMO)警告,聖嬰現象到來,可能將使今年夏季的氣溫還會進一步升高。圖/美聯社

不用電的冷卻材料 降溫關鍵就在駱駝的毛皮

瑞士洛桑聯邦理工學院(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne)的材料科學家Zhengmao Lu則是受駱駝的啟發,他所在的團隊在美國國土安全部舉辦的挑戰賽中獲得了亞軍。駱駝厚厚的皮毛可以幫助它們隔絕外界的熱量,同時也能讓汗液中的水蒸氣排出體外。

「如果給駱駝剃毛,它的耗水量會增加一倍,」Lu說。「在炎熱的沙漠中,留有厚重的毛乍一看似乎有悖常理,但這卻是駱駝生存所必需的。」和人類一樣,駱駝也有汗腺,利用蒸發來降溫。在沙漠烈日下,駱駝厚重的毛使其與炎熱的環境隔絕,同時也能讓汗液中的水蒸氣排出體外。

 駱駝的皮毛可隔絕外界熱量。圖/Unsplash
駱駝的皮毛可隔絕外界熱量。圖/Unsplash

Lu的方案是根據駱駝的散熱系統重新設計出一種多層材料,這種材料可以製成服裝,不過就目前而言,還只能製成一種在炎熱天氣下保持食品和藥品低溫狀態的包裝材料。他用一種按重量計含水量高達99%的類似膠原蛋白或明膠的聚合物網絡打造類似肌膚的水凝膠,以此來模擬「駱駝的汗水」。在這上面,Lu放置了一層氣凝膠來模擬「駱駝的毛皮」,這種堅固且超輕的頂部結構90%是空氣,這使其既高度隔熱,又對水蒸氣具有極強的滲透性。

為了使這種複合材料更加有效,Lu使用了一種與銀蟻一樣能散發紅外輻射的水凝膠,還用了一種氣凝膠,後者在允許該輻射通過的同時還能反射陽光。在測試中,這種材料能使一個容器保持在比環境溫度至少低9攝氏度(16華氏度)的狀態,而且不需要使用任何能源。

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