Klimatyzacja – wojna na czynniki
Nowy czynnik HFO 1234yf już dawno miał zastąpić stary R134a. Jednak producenci samochodów imali się różnych forteli, by moment ten opóźnić. Ostatnie „niepokorne” firmy przechodzą jednak na nowy, bardziej ekologiczny ziębnik przymuszone do tego unijnymi sankcjami. O co chodziło w tym całym zamieszaniu? Oczywiście o pieniądze.
Zgodnie z unijnymi postanowieniami produkowane w Europie samochody już od 2011 roku miały być wyposażone w mniej szkodzące środowisku układy klimatyzacji. Czynnik R134a miał zostać zastąpiony nowym ziębnikiem, którego indeks GWP (Global Warming Potential) jest niższy niż 150. Tłumacząc to na język zrozumiały, chodzi o to, by nowy środek w znacznie mniejszym stopniu przyczyniał się do powstawania tzw. efektu cieplarnianego. Firmy samochodowe dokonywały jednak karkołomnych prawniczych ewolucji, odwlekając przejście na nowy czynnik. Na przykład stosowały w nowych modelach układy klimatyzacji, które choć były nabijane R134a, miały świadectwo homologacji, bowiem stosowano je we wcześniej produkowanych modelach. Niektóre koncerny godziły się nawet płacić kary za nieprzestrzeganie unijnych norm, bowiem kosztowało to mniej od wdrażania nowej technologii. Ostatecznie, unijni „ekobiurokraci” postawili jednak na swoim. Czynnikowa „rebelia” została stłumiona, nowe modele samochodów mają już bardziej przyjazne środowisku układy klimatyzacji.
Coraz ekologiczniej
To nie pierwsza zmiana w dziedzinie samochodowej klimatyzacji. Nie tak dawno przecież standardem stosowanym w motoryzacji był czynnik R12 (dichlorodifluorometan). Ziębnik ten miał dobre właściwości termodynamiczne jednak, jak się okazało, był zabójczy dla warstwy ozonowej, dlatego też zgodnie z podpisanym w 1987 roku Protokołem Montrealskim został wycofany. Z punktu widzenia użytkownika miał on też tę zaletę, że wolnej przenikał przez gumowe przewody, więc klimatyzację rzadziej trzeba było nabijać.
Jego następcą został R134a (tetrafluoroetan), który chłodził równie dobrze co R12, jednak okazało się, że i on nie jest obojętny dla środowiska, bo choć czynnik ten nie przyczyniał się do powstawania dziury ozonowej, to jednak uczeni stwierdzili, że jest tzw. gazem cieplarnianym o bardzo wysokim indeksie GWP wynoszącym 1300. Jak wiadomo, wycieki czynnika chłodzącego do atmosfery są nieuchronne. Jeśli zaś weźmie się pod uwagę liczbę jeżdżących po świecie samochodów wyposażonych w układ klimatyzacji, okaże się, że każdego roku do atmosfery emitowane są dziesiątki tysięcy ton tego szkodliwego gazu.
W Stanach Zjednoczonych i Japonii nie zdecydowano się na zastąpienie czynnika R134a, jednak tamtejsi producenci pojazdów zostali zobowiązani do wprowadzenia pewnych zmian mających ograniczyć emisję tetrafluorometanu do atmosfery. Układy stosowane w nowych samochodach, dzięki bardziej wydajnym kompresorom będą zawierały mniej ziębnika. Wycieki z układów mają zostać ograniczone o połowę, dzięki zastosowaniu doskonalszych przewodów, połączeń i uszczelnień. Same samochody powinny być zaś bardziej odporne na nagrzewanie się wnętrza dzięki zastosowaniu specjalnych szyb i lakierów. Nowoczesne stacje przeznaczone do obsługi układów klimatyzacji mają również zapewnić bardziej wydajne odzyskiwanie czynnika podczas czynności serwisowych, co dodatkowo ograniczy jego emisję do atmosfery.
Jak już wspomnieliśmy, Europa poszła bardziej radykalną drogą. Koncerny motoryzacyjne zostały zobowiązane do stosowania w układach klimatyzacji nowego środka, który będzie nieszkodliwy dla środowiska (GWP < 150), nietoksyczny i bezpieczny.
Obecnie znane są dwa czynniki chłodnicze spełniające europejskie normy ekologiczne: HFO1234yf bądź też R744, czyli po prostu dwutlenek węgla. Oba ziębniki mają swoje wady i zalety, które są skrzętnie wykorzystywane jako argumenty w kampaniach lobbingowych przez konkurujące ze sobą firmy.
Syntetyk kontra dwutlenek węgla
'HFO 1234yf, czyli tetrafluoropropen (pełna nazwa tego związku jest bardziej zawiła, ale nie piszemy tu pracy naukowej z dziedziny chemii organicznej) to środek opracowany wspólnie przez chemicznych gigantów, firmy: Honeywell i DuPont. Bezsprzeczną jego zaletą jest fakt, że czynnik ten nie wymagał przełomu technologicznego w układach klimatyzacji. Charakterystyka termodynamiczna HFO 1234yf jest bowiem bardzo zbliżona do R134a. Czynnik ten jest również przyjazny środowisku – jego indeks GWP wynosi zaledwie 4 – przypomnijmy, że przypadku R134a, wskaźnik ten ma wartość 1300.
Konkurencją dla tego czynnika jest wspomniany dwutlenek węgla, oznaczony symbolem R744. Jak wiadomo, nadmierna emisja tego gazu do atmosfery jest zdaniem części badaczy odpowiedzialna za globalne ocieplenie. Teoria ta jest kontrowersyjna i na jej temat trwają zażarte dyskusje. Jednak jako czynnik chłodzący, dwutlenek węgla jest najmniej szkodliwy dla środowiska, bowiem jego indeks GWP wynosi zaledwie 1. Zwolennicy wykorzystania CO2 w samochodowych układach klimatyzacji uważają, że z punktu widzenia środowiska jest to najlepsze rozwiązanie również z tego powodu, że pozyskanie CO2 wymaga znacznie mniejszej ilości energii niż wyprodukowanie syntetycznego HFO 1234yf, co również przynosi korzyści ekologiczne.
Warto wspomnieć, że zastosowanie dwutlenku węgla w instalacjach chłodzących nie jest żadnym nowym rozwiązaniem. Gaz ten był powszechnie wykorzystywany do tego celu od XIX wieku do lat 20. XX wieku. Dwutlenek węgla wyparty został jednak przez czynniki z grupy CNC (fluoryzowanych węglowodorów), dzięki którym systemy chłodnicze mogły pracować przy znacznie niższym ciśnieniu roboczym. I właśnie owo wysokie ciśnienie, jakiego wymaga CO2 jest główną przeszkodą w jego zastosowaniu w samochodowych układach klimatyzacji. W systemach przeznaczonych do pracy z CO2 ciśnienie dochodzi do 150 barów, zaś w „tradycyjnej” instalacji nie przekracza ono 30 barów. Zastosowana w instalacji z CO2 sprężarka musi mieć więc znacznie większą wydajność, zaś wymienniki ciepła, przewody, zawory itd. powinny być przystosowane do znacznie większych obciążeń. Tu od razu trzeba zwrócić uwagę, że w instalacjach z dwutlenkiem węgla nie ma tradycyjnych skraplaczy, bowiem w ogóle nie dochodzi w nich do skraplania czynnika chłodzącego. Funkcję wymiennika ciepła pełni tu chłodnica gazu, która ma zupełnie inną konstrukcję niż znane nam doskonale kondensery, nie różniące się zbytnio pod względem konstrukcji od normalnej chłodnicy cieczy.
Spełnienie tych wszystkich wymogów technicznych sprawia, że układ przystosowany do pracy z dwutlenkiem węgla jest znacznie droższy. Zwolennicy instalacji CO2 wskazują jednak, że takie proste porównywanie kosztów nie pokazuje całej złożoności tematu. Ich zdaniem, dzięki lepszym właściwościom termodynamicznym dwutlenku węgla, system z CO2 jest znacznie bardziej wydajny, co oznacza, że jego elementy mogą być mniejsze. Poza tym układ taki zużywa do 30% (w zależności od temperatury otoczenia) mniej energii, co przekłada się na niższe zużycie paliwa. System ten może również służyć do błyskawicznego ogrzewania wnętrza samochodu. Wówczas działa on w obiegu odwróconym – sprężenie gazu następuje w wymienniku ulokowanym wewnątrz kabiny. Funkcja ta przydaje się szczególnie zimą, kiedy po nocnym postoju chcemy szybko pozbyć się szronu i lodu z szyby.
Wreszcie, jak zauważają przedstawiciele „lobby dwutlenkowego” czynnik R744 jest tani i ogólnie dostępny. Kolejną zaleta dwutlenku węgla jest to, że jako naturalny składnik powietrza może on być wypuszczony bezpośrednio do atmosfery. Pozwala to uniknąć stosowania skomplikowanej procedury odzyskiwania czynnika, a tym samym obniżyć koszty serwisu.
Na razie jednak nic nie wskazuje, by układy klimatyzacji na dwutlenek węgla miały się w najbliższych latach uzupełnić. Oczywiście przeszkodą są względy finansowe. Przejście na instalacje CO2 byłoby przełomem technologicznym, który mógłby doprowadzić do znacznych przetasowań w branży motoryzacyjnej.
Bezpieczny, czy nie?
Jako że w grę wchodzą ogromne pieniądze firmy pracujące nad instalacjami dwutlenkowymi prowadzą kampanię piarowską, która ma wykazać wyższość ich technologii.
Największe kontrowersje dotyczą zagrożenia pożarowego, jakie zdaniem lobby „dwutlenkowego” stwarza HFO 1234yf. Niewątpliwą przewagą CO2 nad nowym czynnikiem syntetycznym jest całkowita niepalność, o czym najlepiej świadczy fakt, że dwutlenek węgla jest powszechnie wykorzystywany jako środek gaśniczy. Tymczasem konkurencyjny HFO 1234yf określany jest przez swoich producentów jako „średniopalny”. Do jego zapłonu dochodzi w temperaturze 405°C. W internecie można znaleźć filmiki, przedstawiające eksperymenty mające potwierdzić, że HFO 1234yf jest środkiem niebezpiecznym, zwiększającym ryzyko pożaru.
Koncern Deimler przeprowadził badania, z których wynika, że ryzyko zapłonu nowego czynnika podczas wypadku jest duże. Do tego w kontakcie z wodą podczas gaszenia płonącego auta dochodzi do powstania kwasu fluorowodorowego, który jest substancją silnie żrącą, a jego opary są niezwykle toksyczne i przenikają do organizmu nawet przez skórę. W związku z tym koncern bronił się jak mógł, by w jego autach instalacje z HFO 1234yf nie były stosowane. Z kolei SAE, czyli Towarzystwo Inżynierów Motoryzacyjnych wspólnie z kilkoma innymi producentami pojazdów przeprowadziło badania, z których wynika, że środek jest bezpieczny.
Tańszy zamiast droższego?
Monopol na dostarczanie na rynek czynnika HFO 1234yf mają dwa amerykańskie koncerny. DuPont oferuje go pod nazwą Opteon yf, a Honeywell – Solstice yf. Cena nowego czynnika może przyprawić o zawrót głowy – HFO1234yf kosztuje 850 zł za kilogram.
Zamieszanie na rynku czynników chłodzących wpływa nieuchronnie na sytuację warsztatów. Do serwisowania układów z czynnikiem HFO1234yf należy bowiem mieć osobną stację, osobne oleje itd. To z kolei zwiększa radykalnie koszty działalności, które będą musieli odczuć klienci.
Tajemnicą poliszynela jest, że coraz więcej warsztatów oferuje nabijanie układu klimatyzacji przystosowanego do HFO1234yf starym, znacznie tańszym czynnikiem. Jak już wspomnieliśmy, parametry termodynamiczne obydwu ziębników są zbliżone i z technicznego punktu widzenia taka podmiana nie jest problemem (wystarczą stosowne adaptery) . Znawcy tematu twierdzą, że jeżeli ceny obydwu czynników nie zbliżą się do siebie, ekologiczny czynnik stosować będą jedynie autoryzowane stacje. W samochodach po gwarancji używany będzie nadal R134a. Oczywiście można sobie wyobrazić, że jakieś ekosłużby zaczną ten proceder ścigać. Jednak trzeba mieć do tego naprawdę bujną wyobraźnię.