德克萨斯农工大学的研究人员正在完善一个看似简单但却能解决我们日益不堪重负的能源网问题的方案：冰镇建筑。
这种方法被称为热能储存，有时也被俗称为“冰电池”，它利用夜间（大多数人都在睡觉、电力需求较低的时候）的能源来冷冻液体。然后，储存的冰会在高峰时段融化，以帮助降低建筑物的温度。如果成功，最终结果是白天用于空调的电力使用量减少，从而可能降低总体能源需求并帮助降低成本。
像这类有创意的解决方案，在《物理化学杂志》上有所介绍，未来几年可能会发挥更重要的作用，因为需要持续冷却的AI数据中心的兴起，正持续给本已紧张的能源网带来压力。
企业已在使用冰电池
冰电池已经走出了实验室，并在现实世界中发挥作用。最生动的例子之一是曼哈顿标志性的、灵感源于装饰艺术风格的30层高的Eleven Madison摩天大楼。据报道，它每天使用50万磅冰来在高峰时段为建筑降温。这大约相当于三辆装满冰块的城市公交车。负责Eleven Madison冷却系统的Trane Technologies Commercial HVAC Americas公司今年早些时候告诉《CBS新闻》，他们使用冰电池可以将总体的冷却成本降低高达40%。
“当其他所有人在七月份最热的时候用电来给他们的建筑或房屋降温时，这对电网是一个巨大的负荷，”Trane总裁Holly Paeper告诉《CBS》。“这座大楼不会从电网取电，因为它昨晚已经制好了冰。”
近年来，基于冰的热能储存市场受到了显著的关注。仅Trane一家（美国在该领域运营的至少六家公司之一）就声称其在全球已完成了4000多个安装项目。然而，这仍然只占所有建筑的很小一部分。仅美国就有约六百万座商业建筑。
并非所有冰电池都一样
但是，冷却所有这些水也需要能源。这正是德克萨斯农工大学团队的研究所在之处。冰电池系统通常使用水合盐作为一种化学粘合剂，将液体转化为冰。在这个转化过程中，水合盐会与各种其他化学物质（称为“成核颗粒”）相互作用来冷冻液体。所使用的成核颗粒的具体类型以及它们相互作用的确切温度，会显著影响冰电池系统的整体可靠性和效率。
这种复杂的化学反应正是研究人员在他们的研究中探讨的。正确地调整成核颗粒和水合盐的成分可以减少产生冰所需的能量。在这个过程中使用更少的能量，就意味着安装这些系统的业主可以节省更多的成本。化学成分还会影响冰电池是否与特定类型的暖通空调系统或热泵兼容。在此特定案例中，含有钡元素的成核颗粒在触发冷冻方面效果更好。
“冰电池技术已经存在一段时间了，”德克萨斯农工大学材料科学与工程系的教授兼论文合著者Patrick Shamberger在一份声明中说道。“但材料方面存在一些我感兴趣的问题：在合适的温度下，哪种材料是正确的？我们能让它可逆吗？我们能让它持续30年吗？”
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冰电池可以帮助冷却未来的AI数据中心
用于驱动高级AI模型的日益增多的数据中心需要大量的电力。根据国际能源署（IEA）的数据，数据中心占2024年全球电力消耗的约1.5%，预计到2030年，随着各国竞相构建更快、更强大的AI系统，这一数字将翻两番。其中大部分增加的能源需求正由一个熟悉的来源提供：化石燃料。环保主义者警告称，日益依赖天然气来为AI基础设施供电，可能会导致像美国这样的国家在旨在减少二氧化碳排放的气候承诺上出现倒退。
潜在的节约不仅限于数据中心。空调约占家庭和企业总能源消耗的20%，在特别炎热的夏日，这一比例可能飙升至近70%。冰电池当然不是万能药，但它们的广泛采用可以帮助遏制这种新兴能源困境的蔓延。如果规模化应用，它们可以减少总体能源消耗，从而减少新建能源设施的需求。换句话说，使用冰电池理论上可以帮助抵消对额外化石燃料发电的需求。
“我们不想通过建造更多发电厂来解决电网问题，”Shamberger在一份声明中说道。“这是一个非常昂贵的解决方案，而且他们不得不整体提高费率。”
在某种意义上，冰电池利用现代化学来复兴一个根植于过去的工艺。正如Nicola Twilley在她最近出版的书《冰冻》（Frostbite）中所写的那样，我们熟悉的现代电冷概念实际上直到20世纪才被发明出来。在此之前，无论是为晚宴降温，还是为肉类和农产品全球供应链提供动力，都依赖于快速运输融化的冰。
“直到1907年，纽约市，这座已经充满汽车和摩天大楼的现代化大都市，”Twilley写道，“仍然依赖于从上游湖泊采集并用驳船沿着哈德逊河运来的天然冰。”
如今，一个多世纪过去了，冰似乎又要卷土重来了。
