По истечении десяти лет с момента подписания Монреальского протокола требования по созданию новых альтернативных хладагентов для холодильного компрессионного цикла претерпели изменения. Помимо озоновой безопасности с 1991 года к ним предъявляются требования парниковой безопасности, что существенно усложняет задачу.
Поиски эффективных хладагентов для компрессионного цикла имеют столетнюю историю. Круг поисков узок, поскольку выбор конкретных веществ, пригодных для использования в условиях реальной эксплуатации , довольно скуден. Количество ограничений и запретов около 30, из них безусловных более 15. Наиболее известны такие как: токсичность, пожарная безопасность, энергетическая эффективность, цена, коррозионная активность, совместимость с маслами, стабильность при эксплуатации , озоновая и парниковая безопасность и другие.
Предыдущий опыт даёт основания утверждать, что разработка нового хладагента занимает около 10 лет непрерывных исследований. Разработка компрессора под новый хладагент занимает ещё не менее 5 лет. В итоге, без учёта времени разработки технологии производства нового хладагента, цикл создания и освоения альтернативного хладагента длится не менее 15 лет. Этот срок можно назвать минимальным, если принять во внимание, что исследования свойств фреона-12 длились вплоть до его запрета, т. е. почти пятьдесят лет с момента начала его использования.
На уровне сегодняшних представлений о роли химических соединений в атмосферных процессах ограничения по признакам озоновой и парниковой опасности газов могут иметь основания, но с точки зрения поиска реальных альтернатив фреону-12 или фреону-22 одновременное введение этих ограничений равносильно тупику. Из всех известных и опробованных хладагентов по парниковому эффекту проходят лишь аммиак и двуокись серы. Из малоизвестных и плохо изученных : R-123, R-152а, R-141b, R-124. Но и среди них R-123 , R- 142b и R-124 в своей молекуле содержат хлор и их озоновый потенциал не равен 0, поэтому их тоже вскоре запретят. Да и сам процесс массового применения небезопасных хладагентов сомнителен.
Таким образом следует первый неприятный вывод - реальной замены фреону-12 пока не создано [ 1 ] и в перспективе её появление маловероятно. Попытаемся обосновать это предположение.
Возникновение запретов на использование веществ означает поиск замены в условиях поставленной задачи. Если разработка замены требует 10-15 лет непрерывной работы, то и смена требований не должна быть короче этого срока. По имеющемуся опыту требования первой версии Монреальского протокола (1987 год) касались озоновой безопасности, но уже через два года (Хельсинское совещание, 1989 г.) появилась задача по парниковой безопасности, которая спустя 5 лет была формализована в IPCC-94, но в качестве официального документа пока не нашла отражения.
Сегодня исследователю найти инвестора для выполнения разработки альтернативного хладагента в версии двух ограничений (по озоновому и парниковому признакам) практически невозможно, так как риск при вложениях слишком велик, поскольку нет гарантии постоянства задачи. Кроме того, до сегодняшнего дня нет документа, определяющего требования к альтернативному хладагенту. В итоге 40 хладагентов, разработанные под первую версию Монреальского протокола [ 1 ] оказались непригодными для второй версии. Однако, если вернуться к традиционным ограничениям домонреальского периода, то и те хладагенты, которые не имеют больших значений парникового эффекта тоже не годятся для использования в полном объёме, а могут занимать незначительные ниши в виде трёхкомпонентных смесей для малых герметичных машин, т. е. в домашних холодильниках. Для крупных машин они непригодны из-за сложностей при дозаправке.
Столь нерадостная картина позволяет сделать заключение о преждевременности постановки задачи замены хладагентов по признаку парниковой опасности, поскольку её принципиальное решение в рамках компрессионного холодильного цикла пока неосуществимо. Здесь необходимо ждать либо открытия нового цикла генерации холода с близкой энергетической эффективностью, либо тщательно проанализировать состоятельность гипотезы парниковой опасности, определив в первую очередь количественный уровень воздействия "парниковых" газов".
Не лишена смысла и постановка задачи о разработке компрессорного холодильника на любом из известных фреонов по стандарту ISO-9001, т. е. с гарантией сохранения, утилизации и рециклирования хладагента. В этом варианте задача остаётся в рамках требований Монреальского протокола, а её решение не представляет технической сложности начиная с шестидесятых годов, когда в промышленном обиходе появились торцевые уплотнения. Необходимо только определить разрешённый уровень утечек хладагентов при эксплуатации (например 1-2 % в год) и порядок взаимоотношений эксплуатационных служб и контролирующих органов.
Следствием предлагаемого направления является постановка задачи по разработке герметичных холодильных компрессоров под хладагенты, разработанные по первой версии Монреальского протокола, или вне этих требований, если машина полностью герметична или имеет устройство полной утилизации утечек. Во всяком случае необходим международный документ, дающий основание для постановки технической задачи и гарантию постоянства требований на период разработки.
Не менее сложным вопросом в задаче разработки альтернативных хладагентов является методическая основа оценки их эффективности в сравнении и ранее используемыми. Здесь видны два взаимоисключающих момента. С одной стороны задача прямой замены не даёт возможности испытать новый хладагент на компрессоре, который бы был разработан под новый хладагент. Поэтому результаты испытаний будут заведомо хуже тех, которые можно получить на машине, сконструированной под новый хладагент. С другой стороны разработка и изготовление компрессора под альтернативный хладагент займут свои пять лет работы и будут стоить несколько миллионов долларов, которые найти практически невозможно без гарантии постоянства требований. Из этого следует вывод о необходимости испытаний альтернативных хладагентов на дроссель-калориметре, т.е. оценка эффективности хладагента должна производиться без участия в цикле компрессора методом прямого сравнения с известным хладагентом.
Поскольку непредсказуемость последствий введения принятых ограничений уже не является откровением, а утрата рынков сбыта и размер убытков сравним с объёмом ВНП каждого государства, неизбежно возникает вопрос последствий социального и политического плана по мере введения новых запретов и обоснованности их введения. Пока это забота государственных чиновников, бизнесменов, учёных и специалистов. Широким массам это станет понятно чуть позже, когда расходы на рекламу решений Монреальского протокола превысят реальные финансовые возможности ООН. Затем наступит время вопросов. В США и Канаде оно уже наступило. Важно то, что и сейчас наука не подтверждает в полном объёме официальную версию причин гибели озонового слоя в тропосфере Антарктиды и Арктики, поскольку эта версия до сих пор носит вероятностный характер и не имеет прямого подтверждения антропогенного происхождения хлора, участвующего в реакциях связывания озона и вполне вероятно, что роль деятельности человека в гибели озона окажется ничтожно малой. Поэтому ссылки на мнение учёных по этому вопросу носят всё более односторонний характер.
Экономические убытки от необоснованных ограничений, потеря рабочих мест и рынков национальной продукции неизбежно создадут социально-политическую напряжённость в странах, понёсших эти убытки. В соответствии с теорией проф. А.В. Чижевского о влиянии солнечной активности на политическую жизнь человеческого общества [ 2 ], наступление периода "активного Солнца", т.е. каждые 11 лет, неизбежно вызывает активизацию политической жизни общества, а накопившиеся экономические и социальные противоречия являются питательной средой для неуправляемых общественных процессов, последствия которых трудно предсказать.
Международное сообщество имея богатый фактический материал по подобным ситуациям должно в первую очередь выполнить расчёт этой версии развития событий, т.к. вероятность её наступления достаточно велика.
Наиболее уязвимым аспектом сегодняшнего уровня развития идеи Монреальского протокола является принятый для законопослушных развитых стран запретительный характер ограничений на применение определённого перечня веществ без предложения полноценных альтернатив. Подобное решение подтвердило научную незаконченность обоснования, несоответствие запретов национальному законодательству в значительной степени усилило влияние международных химических концернов-монополистов на принятие природоохранных документов.
В сложившейся обстановке безошибочным выходом является сохранение приоритета Человека, утверждённого в конституциях стран-Участниц Монреальского протокола. Озоновый слой Земли сохранять надо, но не в ущерб здоровью и безопасности людей. Поэтому новые и малоизученные "альтернативные" хладагенты, рекомендованные в качестве замены "озоноопасных" R-12 и R-11, нельзя принимать всерьёз из-за противоречия национальному трудовому законодательству. Это относится как к взрыво- и пожароопасным углеводородам, так и нестабильным и ядовитым фторсодержащим R-134a и R-123
Первым аспектом задачи в соответствии с Конституцией и Трудовым правом является безусловная безопасность хладагента для человека, т.е. его токсичность должна быть не ниже 1000 мг на кубический метр воздуха. Хладагент должен быть пожаробезопасным и не взрываться . Кроме того должна быть известна токсичность хладагента и при аварийном вскрытии холодильных машин, чтобы обслуживающий персонал не пострадал от продуктов разложения, которые образуются при замыкании обмоток двигателя или заклинивании поршня компрессора, происходящих при значительном нагреве. Состав примесей в хладагентах содержащих фтор должен быть полностью известен и строго регламентирован.
Вторым аспектом рассматриваемой задачи является энергопотребление, т.к. холодильники расходуют больше половины вырабатываемой электроэнергии и применять альтернативный хладагент с меньшей эффективностью разорительно для потребителя.
Третий аспект задачи касается наличия и сохранения природных ресурсов минерального сырья, используемого для приготовления хладагентов. Если это фторсодержащие продукты, то необходимо учитывать ограниченные мировые запасы фторсодержащего сырья. В этом случае компрессорное оборудование должно быть герметичным, а утилизация и рециклирование должны быть обязательным условием использования фторсодержащих хладагентов. Последнее условие соответствует и Монреальскому протоколу и международному стандарту ISO 9001.
И, наконец, альтернативные хладагенты должны соответствовать требованиям Монреальского протокола в части озоновой безопасности и национальным стандартам стран, которые приняли ограничения по парниковому эффекту.
Экономически альтернативные хладагенты не должны создавать убытков потребителю. При более высокой цене в сравнении с заменяемыми у них должно быть меньшее энергопотребление, которое позволит компенсировать убытки при покупке. Они должны быть безусловно ретрофитными, т.е. пригодными для прямой замены запрещенных к производству хладагентов без переделки машины или замены масла. Обслуживание машин в процессе эксплуатации не должно быть связано со значительными затратами.
Критерии пригодности альтернативных хладагентов к использованию:
Перечисленные условия не исчерпывают всего объёма задачи, но не противоречат существующей практике, международным стандартам и национальному законодательству.
Перечень безопасных для человека хладагентов ещё не запрещённых к производству Монреальским протоколом и использование которых не противоречит законодательству России.
1. Хорошо изученный и применяемый более 40 лет фреон-22.
2. Хорошо изученные и применяемые более 40 лет углефториды: R-14 (CF4), R-116 (C2F6), R-218 (C3F8), R-c318 (c-C4F8), R-31-10 (C4F10).
3. Хорошо изученный и применяемый в энергетике с 1938 года R-846 (SF6).
4. Углекислота, применяемая в качестве хладагента с начала века.
В однокомпонетном виде из перечисленных хладагентов практически все могут быть использованы в качестве замены запрещённым, однако для углефторидов и углекислоты надо ещё подобрать смазочные масла.
В бинарных смесях известен азеотроп С3F8-SF6 [ 3 ], представленный как "Хладон-510", (ранее "Хладон-М"), напрямую заменяющий R-12 и R-22 с меньшим энергопотреблением (от 10 до 20%), что пока является наивысшим показателем эффективности среди негорючих альтернатив.
В трёхкомпонентных смесях углефторидов и SF6 можно получать любые температуры от -100оС до 0оС с сохранением высокой эффективности, безопасности и с высокими пожаротушащими свойствами.
Предположения о долгоживучести углефторидов в атмосфере Земли, представленные в IPCC-94, имеют пока только расчётный характер и конкретными измерениями не подтверждаются [ 3 ], по этой причине ограничения по GWP пока официально не представлены.
Защиту озонового слоя Земли в рамках первой версии Монреальского протокола (1987г.) вполне можно выполнить на безопасных хладагентах.
Ограничения по парниковому эффекту должны иметь не только расчётные, но однозначные экспериментальные обоснования.
Без официального технического задания создание альтернативных хладагентов в рамках требований Монреальского протокола является неконкретной и, потому, невыполнимой задачей.
1. A. Covallini. Working fluids for mechanical refrigeration. 19-th Int. Congr. of Refriger. Proc. IVa. The Hague. Aug. 20-25.1955.
2. А. Л. Чижевский. Космический пульс жизни. "Мысль", Москва, 1995.
3. А. Doronin et al. New refrigerant for refrigerators and conditioners. 19-th Int. Congr. of Refriger. Proc. IVa. The Hague. Aug. 20-25. 1955.