Forskare vid National Institute of Standards and Technology har just avslutat en flerårig studie för att identifiera de "bästa" kandidaterna för framtida användning som luftkonditioneringskylmedel som kommer att ha lägst påverkan på klimatet.
Tyvärr, alla 27 vätskor NIST identifierade som de bästa ur prestandasynpunkt är åtminstone lätt brandfarliga, som inte är tillåtet enligt amerikanska säkerhetskoder för de flesta slutanvändningar. Flera vätskor i listan över köldmedier är mycket brandfarliga, inklusive propan, bränslet för utomhusgrillar.
Med andra ord, NIST -studien hittade inget idealiskt köldmedium som kombinerade låg "global uppvärmningspotential" (GWP) - ett mått på hur mycket värme en gas kommer att fånga om den släpps ut i atmosfären - med andra önskvärda prestanda- och säkerhetsegenskaper som att vara både icke -brandfarlig och giftfri. Resultaten visas i Naturkommunikation .
"Takeaway är att det inte finns någon perfekt, enkel ersättning för nuvarande köldmedier, "NIST kemiingenjör Mark McLinden sa." Gå in i studien, vi trodde säkert att det måste finnas något annat. Visar sig, inte så mycket. Så det var lite förvånande, lite besviken. "
För att minska den globala uppvärmningen, nästan 200 nationer, inklusive USA, i oktober 2016 gick man med på att ändra Montrealprotokollet för att i mitten av århundradet avveckla de köldmedier som används i de flesta luftkonditioneringssystem. Delfasen ned, snarare än en fullständig avveckling, insåg de komplicerade val som måste göras för att välja ersättare. Lyckligtvis, värdefull ny data finns nu tillgänglig för att stödja dessa beslut.
"Vägen framåt kommer att innebära avvägningar, "McLinden fortsatte." Säkerhetskoder kan revideras för att tillåta användning av lättantändliga köldmedier. Blandningar av två eller flera vätskor kan ge ett icke brandfarligt köldmedium, men vid högre GWP. Koldioxid är icke brandfarligt, men skulle kräva en fullständig omdesign av AC -utrustning. "
Nuvarande köldmedier är fluorkolväten (HFC), som är "växthusgaser" med höga GWP. Även om deras bidrag till klimatförändringen nu är litet, det förväntas snabbt öka tillsammans med användning av luftkonditionering runt om i världen. Montrealprotokollet, fördraget som reglerar ämnen som bryter ner jordens skyddande ozonskikt, initierade ursprungligen introduktionen av HFC som ersättare för ozonnedbrytande föreningar som tidigare använts.
Amerikanska tillsynsmyndigheter inser redan svårigheten att välja nya köldmedier. Environmental Protection Agency har inte fastställt specifika GWP -gränser, utan har snarare genomfört jämförande riskanalyser för varje köldmedium och slutanvändning. Kriterierna inkluderar atmosfärseffekter och relaterade hälso- och miljöeffekter, ekosystemrisker, konsumentrisker, brandfarlighet, kostnad och tillgänglighet.
För att hjälpa amerikanska beslutsfattare och industrin att förstå gränserna och avvägningarna som ingår i en avveckling av HFC:erna, NIST genomförde en omfattande, fyra års sökning efter den bästa enkomponenten, ersättningsvätskor med lågt GWP. GWP definieras som uppvärmningspotentialen för ett kilo gas i förhållande till ett kilo koldioxid.
NIST -studien fokuserade på möjliga ersättningsvätskor för små AC -system typiska för hem och små företag. En blandning av HFC som kallas R-410A är nu det mest populära köldmediet i sådana system. Dessa AC -enheter är förseglade, vilket innebär att de inte ska släppa ut HFC i atmosfären. Dock, systemen kan läcka, och när de servas eller kasseras, köldmediet kan komma ut och inte återvinnas och återvinnas, Sa McLinden.
Studien undersökte en databas med mer än 60 miljoner kemikalier, uppskatta egenskaperna enbart baserade på deras molekylära struktur. Detta byggde på en beräkningsmetod som tidigare utvecklats vid NIST.
Eftersom alla nuvarande köldmedier är små molekyler, NIST -sökningen var begränsad till molekyler med 18 eller färre atomer och endast åtta grundämnen som bildar föreningar som är tillräckligt flyktiga för att fungera som köldmedier. Denna första skärm resulterade i 184, 000 molekyler att överväga ytterligare.
Screening för energiegenskaper som motsvarar vätskor som kan användas i små AC -system och GWP på mindre än 1, 000 (konventionellt uppfattade som effekterna under en 100-årsperiod) gav 138 vätskor. Forskarna simulerade sedan prestanda för dessa 138 föreningar i luftkonditioneringsapparater. Medförfattare vid The Catholic University of America i Washington, D.C., hjälpt till att utveckla simuleringsmodellen och utvärdera resultaten. Ytterligare screening för att utesluta kemiskt instabila eller mycket giftiga föreningar eller de med låg energieffektivitet resulterade i den slutliga listan över 27 låg-GWP-vätskor.
Propan har en GWP på 3, mycket lägre än R-410A:s värde 1, 924. Potentiella köldmedier med lägsta GWP inkluderar ammoniak, vanligt förekommande i stora industriella kylsystem men giftiga och lätt brandfarliga, och dimetyleter, ett drivmedel och potentiellt bränsle som bara är något mindre brandfarligt än propan. Koldioxid har en GWP på 1 och är icke brandfarlig, men det skulle kräva en annan typ av kylcykel som arbetar vid mycket höga tryck. Andra föreningar med lågt GWP inkluderar hydrofluoroolefiner, ett aktuellt fokus för branschforskning men lätt brandfarligt.
Även om det inte finns någon specifik GWP -gräns i USA, avvecklingsdatum har fastställts för några av de högsta GWP-HFC:erna. (Köldmedier med en GWP på mindre än 750 är tillåtna i Europeiska unionen för små AC -system.)
NIST:s lista kan erbjuda nya idéer eftersom den innehåller många köldmedier som ännu inte finns på EPA -listan över godtagbara substitut. Kylindustrin har aktivt utvecklat nya vätskor som är lätt brandfarliga, och resultaten av föreliggande studie stöder denna kurs, Sa McLinden. Ser fram emot, NIST -studiens slutsatser indikerar behovet av att erkänna och hantera avvägningar i framtidsplaneringen, han sa.
Till exempel, hur ska säkerhetskoder ändras för att säkerställa att brandfarliga köldmedier kan användas säkert? Blandningar av olika köldmedier kan erbjuda en kompromiss mellan säkerhet och GWP. Till exempel, en låg GWP men brandfarlig vätska blandad med en icke brandfarlig men hög GWP vätska kan resultera i en icke brandfarlig vätska med ett måttligt värde av GWP, McLinden noterade.
