Mer än ett dussin kemiska blandningar skulle kunna fungera som alternativa köldmedier som inte värmer atmosfären lika mycket som dagens köldmedier gör, eller fatta eld, enligt en ny beräkningsstudie av National Institute of Standards and Technology (NIST).

NIST-studien identifierade de 22 "bästa" icke brandfarliga eller marginellt brandfarliga blandningarna med lägre global uppvärmningspotential (GWP) - ett mått på hur mycket värme en gas kommer att fånga om den släpps ut i atmosfären - än det nuvarande standardköldmediet för fordonsluftkonditionering (AC). ), kallas R-134a (tetrafluoretan).

De flesta av de identifierade blandningarna kombinerar R-134a med ett eller två andra kommersiella köldmedier.

Den nya NIST-analysen, som genomfördes för den amerikanska militären men gäller även civila tillämpningar som AC-system för hem och bilar, är en uppföljning av en NIST-studie från 2017 som fann att alla enkomponent, klimatvänliga köldmedier var åtminstone marginellt brandfarliga. Den studien föreslog att blandningar kan erbjuda de optimala lösningarna.

"Militären insisterar på att vilja ha icke brandfarliga blandningar, men de civila tillämpningarna rör sig mer och mer mot åtminstone marginellt lättantändliga blandningar, "NISTs maskiningenjör och studiehuvudförfattare Ian Bell sa.

För att hjälpa till att minska den globala uppvärmningen, nästan 200 nationer, inklusive USA, kom 2016 överens om att ändra Montrealprotokollet för att fasa ned de köldmedier som används i de flesta AC-system till mitten av seklet. Den partiella avvecklingen, snarare än en fullständig utfasning, insett de komplicerade val som måste göras för att välja ersättare.

För den nya studien, NIST-forskare valde ut 13 vätskor inom ett tryckintervall, brandfarlighet, och GWP-värden som kan ge en blandning med de önskade egenskaperna. Alla vätskor hade låg toxicitet och kommersiellt tillgängliga. Forskarna genomförde en omfattande utvärdering av alla möjliga kombinationer av två eller tre av de 13 vätskorna.

Vätskorna inkluderade hydrofluorolefiner, som har mycket låg GWP men är lätt brandfarliga; icke brandfarliga fluorkolväten (HFC) med måttlig till hög GWP; lätt brandfarliga HFC; och koldioxid, som är obrännbart och även har en mycket låg GWP på 1, men skulle höja driftstrycket för en blandning, vilket är oönskat.

NIST-forskare hittade inte några blandningar som uppfyllde alla önskade begränsningar - icke-antändlighet, låg GWP, hög effektivitet (kylning per arbetsenhet), och total kylkapacitet liknande den för R-134a baslinjesystemet.

Studien identifierade 14 icke brandfarliga blandningar som gav en minskning av GWP på, som mest, 51 procent jämfört med R-134as GWP på 1300. Ytterligare åtta blandningar som var marginellt brandfarliga identifierades med GWP-minskningar på så mycket som 99 procent. Forskare simulerade prestandan för dessa 22 blandningar i en detaljerad kylcykelmodell. Studien utfördes med hjälp av beräkningsverktyg; forskare planerar att utföra laboratorieexperiment för att verifiera resultaten.

Studien avslöjade flera trender. De mest lovande icke brandfarliga blandningarna har något lägre effektivitet jämfört med R-134a. Dessa icke brandfarliga blandningar har en lägre GWP-gräns på 640; detta beror på behovet av mycket R-134a i blandningen för att undertrycka brännbarheten hos vätskor med låg GWP. Andra blandningar som innehöll en betydande mängd koldioxid var också icke brandfarliga, men dessa hade mycket låg effektivitet jämfört med R-134a och ansågs inte vara genomförbara alternativ.

Det finns också en generell trend att effektiviteten ökar i takt med GWP och brandfarlighet. Detta beror på att vätskor med lägre GWP tenderar att vara mer komplexa molekyler och denna komplexitet kan hindra kylprestanda.

"De "bra" blandningarna som vi hittade är mycket gränsöverskridande, icke brandfarliga, " Bell varnade. "Det betyder inte att de fortfarande inte kommer att brinna givet rätt miljö. Vi måste vara försiktiga, eftersom det här är en sorts mörk konst. Det finns en grundläggande kompromiss:om du verkligen vill ha obrännbarhet och effektivitet, du kommer inte få båda. Du kommer att få det ena eller det andra."