Rynek czynników chłodniczych – zmiany czy powrót do korzeni?

Historia zastosowania czynników chłodniczych jest fascynującą podróżą przez postęp technologiczny i świadomość ekologiczną. Czynniki chłodnicze odegrały kluczową rolę w naszym codziennym życiu, od prymitywnych metod chłodzenia do współczesnych zaawansowanych systemów,  zarówno w domach, jak i w przemyśle. Może się wydawać, że ostatnie nowelizacje ustawy F-gazowej na zawsze zmodyfikują znaną nam formę rynku czynników chłodniczych. Okazuje się jednak, że wprowadzenie zmian jest swoistym powrotem do korzeni i momentu wykorzystania pierwszych urządzeń chłodniczych. Prześledźmy razem historię czynników chłodniczych i sprawdźmy jakie są ich perspektywy w przyszłości. 

Jak to się zaczęło?

Początki chłodnictwa sięgają odległej przeszłości, gdy ludzie zauważyli, że lód, śnieg i zimna woda mogą służyć do chłodzenia. Pierwsze formy chłodzenia były oparte na naturalnych zasobach i metodach, które wymagały regularnego dostępu do lodu lub schłodzonej wody. Potrzeba skutecznego chłodzenia w coraz bardziej zaawansowanych dziedzinach, takich jak przemysł spożywczy czy medycyna, skłoniła do poszukiwania bardziej niezawodnych rozwiązań. W XIX wieku nastąpił przełomowy moment w historii zastosowania czynników chłodniczych dzięki wynalezieniu i rozwojowi odpowiednich mechanizmów. Jednym z pierwszych popularnych czynników chłodniczych był amoniak (NH3). Okazał się skutecznym czynnikiem i znalazł zastosowanie w wielu systemach chłodniczych. To właśnie NH3 został zastosowany w pierwszym absorpcyjnym urządzeniu chłodniczym skonstruowanym w 1860 roku przez francuskiego inżyniera Ferdinanda Carre. Jednak jego toksyczność i niebezpieczeństwo dla zdrowia i życia ludzi w przypadku wycieku stały się problemem, dlatego z biegiem lat zwrócono się ku innym rozwiązaniom. Na początku XX wieku wprowadzono na rynek fluorowęglowodory wszystkim znane bliżej jako freony. Charakteryzowały się one stabilnością chemiczną i niepalnością, co sprawiało, że na tamten moment były idealnymi substancjami chłodniczymi. Niestety, wraz z rozwojem wiedzy naukowej pojawiły się obawy dotyczące wpływu freonów na środowisko. Odkryto, że niszczą one warstwę ozonową, która chroni Ziemię przed szkodliwym promieniowaniem UV. W wyniku tego odkrycia został podpisany Międzynarodowy Protokół Montrealski w 1987 roku, który miał na celu stopniowe wycofywanie produkcji i użycia freonów i innych substancji szkodzących ozonowi. Wprowadzenie tego zakazu zmusiło przemysł do poszukiwania alternatywnych czynników chłodniczych, które miałyby mniejszy wpływ na środowisko. Dlatego też w latach 90-tych XX wieku wprowadzono do użytku nowe generacje czynników chłodniczych z grupy hydrofluoroolfinów (HFC). HFC to substancje, które charakteryzują się niskim potencjałem niszczenia warstwy ozonowej i znacznie mniejszym wpływem na globalne ocieplenie w porównaniu do poprzednich generacji czynników chłodniczych. Jednak obecne podejście ustawodawców sugeruje, że należy wciąż poszukiwać idealnego czynnika o jeszcze mniejszym wpływie na środowisko, stąd właśnie obecny trend powrotu do naturalnych substancji chłodniczych. 

Historia czynników chłodniczych kołem się toczy

Nikogo nie dziwi fakt, że pierwsze urządzenia chłodnicze działały w oparciu o czynniki naturalne, gdyż tylko takie były dostępne w tamtym momencie. Najważniejsze zasoby naturalne, dające początek historii czynników chłodniczych to 

propan R290, dwutlenek węgla R744 i amoniak R717. Dlaczego więc z biegiem lat zaprzestano praktyki wykorzystania tylko i wyłącznie tych naturalnych substancji? Tak jak wspomniał Dawid Jaskóła podczas Webinarowej Środy z Globenergią, wynikało to bezpośrednio z nieumiejętnego obchodzenia się z tymi substancjami: 

“Ze względu na aspekty bezpieczeństwa eksploatacyjnego, a właściwie brak znajomości procedur bezpieczeństwa, zaczęto stosować czynniki syntetyczne odpowiednio-CFC (R12) od lat 30, HCFC (R22) od lat 80, potem czynniki z częściowo fluorowanych węglowodorów od lat 90 HFC (R134A, R407C), są to potoczne F-gazy, a historia ich wykorzystania trwa do dziś” - Dawid Jaskuła, Regional Technical Support Engineer w Panasonic.

Historia czynników chłodniczych. Źródło: Panasonic

Poszukiwania Złotego Graala wśród czynników

Z łatwością można zauważyć obecną tendencję rynku czynników do powrotu do korzeni i czasów pierwszych urządzeń chłodniczych. Dlaczego więc wachlarz wyboru czynników chłodniczych zamyka się w takim kole? 

“Czynniki HFC będą stopniowo znikały z rynku, ustępując miejsca tym o naturalnym pochodzeniu, tym samym wracamy do punktu wyjścia, do momentu w którym rozpoczęła się historia czynników chłodniczych. To koło wynika z potrzeby szukania czynnika idealnego. Wiadomo, że taki w przyrodzie nie występuje, można jednak szukać takiego, o właściwościach zbliżonych jak najbardziej do ideału” -Dawid Jaskuła, Regional Technical Support Engineer w Panasonic

Jakie są zatem właściwości takiego idealnego czynnika chłodniczego i co determinuje chwilowy trend w dominacji danej opcji na rynku?

“Obecny trend, czyli ekologia zmusza do poszukiwania czynników o jak najmniejszym oddziaływaniu na środowisko, reszta właściwości nie jest marginalizowana, jednak na szczycie piramidy priorytetów obecnie pozostaje środowisko”-Dawid Jaskuła

Zagłębiając się dalej w temat, można wyróżnić cztery najważniejsze cechy idealnego czynnika chłodniczego. Są to:

• korzystne charakterystyki termodynamiczne oraz eksploatacyjne;
• korzystne charakterystyki ekologiczne (niskie GWP oraz ODP);
• bezpieczny w eksploatacji (nietoksyczny oraz niewybuchowy);
• niewysoka cena.

“Wybór czynnika to sztuka kompromisu, zazwyczaj skupia się na obowiązujących trendach, obecnie jest to środowisko”-Dawid Jaskuła

Co jest przyszłością chłodnictwa?

W ostatnich latach rozwijane są alternatywne technologie chłodnicze, takie jak chłodzenie magnetyczne czy termoelektryczne, które wykorzystują zjawiska fizyczne do generowania chłodzenia bez konieczności użycia tradycyjnych czynników chłodniczych. Te technologie mają potencjał przyczynić się do dalszego zwiększania efektywności energetycznej i redukcji wpływu na środowisko. Bazują one na zjawisku Seebecka-Peltiera. Chłodzenie termoelektryczne wykorzystuje materiały termoelektryczne, które wykazują zdolność do przenoszenia ciepła pod wpływem różnicy temperatur. Gdy prąd elektryczny jest przepuszczany przez taki materiał, powstaje różnica temperatur pomiędzy dwoma złączami, co powoduje absorpcję ciepła z jednego złącza i odprowadzenie go do drugiego, generując efekt chłodzenia. Chłodzenie termoelektryczne jest ciche, nie wymaga ruchomych części i ma potencjał do zastosowania w małych urządzeniach chłodniczych, takich jak mini lodówki czy urządzenia do przechowywania szczepionek. Chłodzenie magnetyczne opiera się na zjawisku magneto kalorycznym, polegającym na zmianie temperatury w wyniku zewnętrznego pola magnetycznego. Materiały magnetokaloryczne są zdolne do zmiany temperatury pod wpływem zmiennego pola magnetycznego. Gdy materiał jest poddawany polu magnetycznemu, odbywają się przemiany magnetyczne, które powodują absorpcję ciepła z otoczenia i obniżenie temperatury. Gdy pole magnetyczne jest wyłączane, materiał oddaje zgromadzone ciepło, co powoduje wzrost temperatury. Chłodzenie magnetyczne ma potencjał do zastosowania w większych systemach chłodniczych, takich jak chłodziarki przemysłowe czy klimatyzatory. Obie metody są obecnie przedmiotem badań, by można było zmaksymalizować efekty ich zastosowania. Ze względu na ich nieinwazyjne dla środowiska wykorzystanie przewiduje się, że po dopracowaniu technologii zdominują rynek chłodniczy. 

Materiał powstał na bazie cyklu webinariów Webinarowa Środa w GLOBENERGIA