我想要這樣的生活：天上無霾，地下無霜

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小探去年圖省錢買了個二手的冰箱。結果不到半年，冰室里就變成了這個樣子。

為了除霜，小探拿電吹風吹。

拿大菜刀砍。

總之，能想到的都想到了。最後，霜沒除盡，冰箱壞了，扔了。

小探於是狠狠心買了台無霜冰箱，但是，這並不是幸福的開始。由於無霜冰箱是通過風扇吹冷風在冰箱循環來製冷，食物在冰箱中很容易串味、變干。

鮮魚變魚乾

雖然被稱為無霜冰箱，但其實霜還是會結在風道里。冰箱里需要一個加熱機制定期除去風道里的霜。換句話說，加熱器的存在使得冰箱消耗大量電能，佔用冰箱內的空間體積也更大。

同樣需要製冷技術的空調、熱泵、冷藏庫，不僅面臨著結霜、除霜過程中消耗能源大、佔用空間大的問題，甚至生霉、腐蝕導致機械受損等情況也時有發生。

那麼對於除霜與製冷，有沒有什麼更高效的辦法呢？

在矽谷，還真有這麼一家新興科技公司 Nelumbo，他們致力於製冷行業熱傳導研究。他們不是依靠簡單的機械工程原理，而是用化學工程技術來改善目前的製冷行業。

今天，小探跟隨公司的三位創始人Liam Berryman、Lance Brockway和David Walther實地考察了Nelumbo的實驗室，為大家探探這家公司到底要怎樣助力製冷行業。

材料學：未來最具潛力學科

Nelumbo在英語中是蓮花的意思。一個科技公司，為什麼要取這麼文藝的名字呢？

「水滴在蓮花的葉子上會滑過，而不會停留、聚集。這就好像是我們的技術，讓熱傳導時機器里的水滴不易形成，很難停留，從而更無法因溫度低而結霜、成冰。」 CTO Lance 這樣說。

出淤泥而不染，濯清漣而不妖 —— 大概是CTO Lance 所說的中文翻譯。

但是，為何水滴成了眾矢之的？它給目前製冷行業帶來哪些問題呢？

根據CEO Liam的介紹，由於水蒸汽容易在冰箱、空調、以及熱量轉化器內生成水，結霜、生霉、腐蝕而導致的機械受損時有發生。為了對抗水的生成，前人們用附加的加熱系統來「吹散」小水珠，但是效果並不明顯。

「機械工程解決不了的問題，我們化學工程的可以試試。別忘了，材料科學可是未來最有潛力的學科，」 兩位創始人異口同聲。

說著，CTO Lance 直接將幾滴水傾倒在Nelumbo研發的Ice-N材料表面，水滴沒有停留片刻而直接流走，果真像蓮花葉子一樣不沾水。而在另一個普通冰箱製冷盤的材料表面，水滴開始不斷聚集。

通過顯微鏡觀察, 可以發現，在Ice-N材料表面，水分子不斷從表面跳起來。在這個被稱為Droplet Ejection的過程中，Droplet（R）Eject這種特殊塗料，作為傳熱機制，使液態水滴從表面彈跳開。

圖像來自Nelumbo

在冷凝過程中，當空氣中的水蒸氣變成冷水表面上的液態水時，隨著液滴的不斷擴大、合併，來自空氣的小干擾導致這些水滴不斷離開表面，從而使得表面乾淨如初。

因此，冰箱內結霜、上凍的速度大大放緩。

左圖為Nelumbo材料所制的製冷器，右為普通材料製作的製冷器

是不是很神奇？

Nelumbo 的兩位創始人Liam 和Lance 早年相識於伯克利大學。在新加坡政府資助的科研項目「Bears」中，二人與其他23位科學家一同為一項可持續清潔能源商業化做研究。

正是在這項研究中，二人發現了利用材料科學可以更好地解決傳統機械學難以處理的製冷產生的出多問題。

在伯克利大學的實驗室中，二人決定成立一家公司，從材料學角度入手來解決熱傳導的問題。於是，就有了Droplet（R）Eject這種特殊塗料與Ice-N材料的研發。隨後，Berkeley Catalyst基金和Photon Fund對Nelumbo進行了投資。

「我們的這項技術不僅可以運用於冰箱行業，還可以應用於許多行業的傳熱系統，包括空調、大規模製冷、運輸、發電和化學加工。」

具體來看，冰箱、空調、集中供暖，甚至還有電動汽車行業都可以受益於這種新型材料。

生鮮產業的新福音

在冰箱行業，無霜家用冰箱的除霜機制使冰箱的實際使用面積大幅減小。小探試了一下，如果拆除這一裝置，可以多裝兩大盒巧克力！當然，拆了之後估計巧克力也就被凍在那裡拿不出來了。

同時，為了除霜需要的能量消耗很大。據Lance解釋，無霜冰箱的耗能中，除霜加熱器佔到了冰箱總體電能消耗的15% - 20% 。

按照平均每台家用冰箱消耗一度電來看，如果利用Ice-N材料，除霜頻率會減少50%，一台冰箱一年可以節約70度電，一萬台冰箱一年可以節約70萬度電！

以國內二線城市一家711便利店為例，使用普通冰箱，一個月電費一般4000-6000元左右，其中冰箱、冰櫃會佔3000 - 5000塊。如果每個月可以節省15%-20%的電，即節省600-1000元一個月，那麼一年下來就可以省7000 - 12000元！

省錢才是王道！

同時，由於無霜冰箱是通過風扇吹冷風在冰箱循環來製冷，食物如何在乾燥空間長久保鮮成了個難題。

據2017年中怡康聯合紅頂獎的聯合調查顯示，消費者購買冰箱時最關注的三項因素分別是保鮮技術、節能環保與智能操控。其中保鮮技術的受關注度高達41.3%，接近一半。對保鮮技術的高度重視，要求無霜冰箱廠商要不斷提高保鮮度。

許多高檔冰箱正在以「高保鮮」的特點面向高端消費者。但是，動輒幾萬塊的冰箱小探還沒有買的打算。

而隨著國內生鮮市場的不斷發展，經銷商們既希望降低冰箱的成本，又希望保鮮能力提高，這怎麼辦呢？

Nelumbo的技術對於商用冰箱來說是一項更大的福利了。Ice-N材料可以讓曾經的有霜冰箱搖身一變成為「無霜」冰箱，同時保鮮的問題也不用愁了！

從Liam模擬的市場模型來看，如果食品、藥品的冷藏存儲商都用Ice-N材料製作製冷裝置，平均每個商家每年將會節省高達20萬美元的電費！

那麼使用這種特殊材料的冰箱會不會很貴？

Nelumbo的 CEO 表示，由於價格是製造商最關心的問題，因此Nelumbo的宗旨就是為客戶提供高性價比的技術，為客戶帶來更多的收益。

「具體售價到時候要根據冰箱的大小而定」，在擺滿了各種冰箱的實驗室里，CTO Lance這樣回答。

供暖、除霜兩不誤

每當冬天的時候，南方的朋友一對北方的暖氣那是一個羨慕嫉妒恨。

且慢，南方的朋友們你們可曾見過燒煤供暖時那飄在空中的一層層霧霾？

你或許要問，為啥北方不能大面積空氣源供暖？

作為半個「中國供暖通」 的Lance解釋了原因。

「空氣源供暖的問題，中國要比美國嚴重的多。你看到很多居民樓上的熱泵了嗎？這也成為了集中式供暖的限制條件。因為暖泵需要除霜，而為了省錢的居民們通過關閉供暖閥門停止供暖，同時打開電阻加熱器（resistance heating） 來進行除霜，這會造成巨大的資源浪費。」

不知道大家還記不記得打開電阻加熱器後那一股子難聞的氣味？以及供暖閥門關閉後在屋子裡凍得瑟瑟發抖的自己。

每一次關閉、重啟都會造成能源的浪費。這是因為，初次升溫時整個系統的結構均是冷的，此時能耗較高。而當系統達到設定溫度後，系統所消耗的燃氣只是為了彌補結構散熱後的能耗，此時能耗相對較低。而每天開啟、關閉供暖系統，等於是天天對整個系統進行升溫、降溫，所耗燃氣反而會增加。

Nelumbo的Ice-N材料給空氣源供暖出了一招。當熱泵以這種特殊材料製作時，除霜的頻率會降低一半，除霜的過程也更短。以後大家再也不用頻繁關閉供暖閥門來除霜了。省錢、省能源的同時，Nelumbo還給北方霧霾的解決措施添磚加瓦。

連特斯拉都需要的新科技

最後咱們來看看Ice-N材料是如何助力電動車的除霜技術的。

在寒冷地區，電動車可以行使的距離會減少。這是因為霜凍首先會影響電動汽車的起步，之後電力發動機的運轉也會受影響。即使在現有的除霜條件下，汽車的性能也會受損。

根據TeslaRati的數據統計，在冬天的挪威，充滿電的特斯拉所能行使的里程比在其他地方要少40%！不僅是特斯拉，其他品牌的電動車也會面臨同樣的問題。

Liam指出，Ice-N材料可以將除霜的頻率減少一半，從而提高電動汽車的起步速度與行駛里程。

雖然目前Nelumbo公司主要集中在與熱泵以及冷凍存儲材料製造商的合作，但是未來在電動車領域也可能大有作為。

在採訪的最後，CEO Liam 補充到：「不要忘了我們的技術還會影響到保險業。」

目前大型超市、生鮮冷藏商、醫藥公司都會為自己的食品和冰櫃繳納不菲的保險費，以防食物或藥品由於變質而影響銷售，以及大型冰櫃因結霜、腐蝕等原因引發的機械故障。如果機器的性能、以及食物的新鮮程度整體提高，那麼保險的價格也會有所下降。

這樣看來，一次材料科學上的進步竟然會影響到諸多產業。

在採訪的最後，CEO Liam 表示Nelumbo十分重視中國市場。希望在不久的將來能夠在中國建廠，並銷售他們的新材料。

小探認為：這個可以有！

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