揭開制冷劑的神秘面紗

從20世紀(jì)30年代到80年代，制冷劑帶來了兩個(gè)主要的環(huán)境問題。它們是極強(qiáng)的溫室氣體并破壞了臭氧層。

由于80年代的一些快速立法，人們不再使用破壞臭氧層的制冷劑。在Regreen Scale中，這些破壞臭氧層的制冷劑被描述為“Step 0”制冷劑，其靈感來自于用于跟蹤野火的空氣質(zhì)量等級(jí)。

盡管在20世紀(jì)80年代取得了進(jìn)步，但我們?nèi)允褂贸?jí)溫室氣體作為制冷劑。每臺(tái)家用空調(diào)的側(cè)面都有一張貼紙，上面有關(guān)于其制冷劑的詳細(xì)信息。如果所有這些制冷劑都泄漏出來，那么它所造成的全球變暖將跟燃燒1100加侖的汽油一樣多。

而且在所有的可能性中，至少有一些制冷劑會(huì)泄漏。從法律上講，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)要求房主修復(fù)泄漏的空調(diào)。但一位空調(diào)技術(shù)員透露，他每周都會(huì)接到許多修復(fù)空調(diào)制冷劑泄漏的電話，在許多情況下，空調(diào)已經(jīng)泄漏了很多制冷劑，以至于它不再能冷卻房子。這些制冷劑已經(jīng)泄漏到大氣中并使我們的地球變熱。

并非每一種制冷方式都像家用空調(diào)那樣骯臟。歐盟從2017年起禁止在新的汽車空調(diào)中使用超級(jí)溫室氣體，美國(guó)一半以上的新車現(xiàn)在也使用清潔制冷劑。

在超市制冷方面，美EPA已從2024年開始禁止在新設(shè)備中使用超級(jí)溫室氣體，許多連鎖超市正在迅速過渡到清潔制冷劑。該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，等到2025年，新的家用冰箱將逐步淘汰超級(jí)溫室氣體制冷劑，而且消費(fèi)者已經(jīng)可以使用清潔制冷劑的冰箱了。2021年，美國(guó)通過法律以等2036年將超級(jí)溫室氣體制冷劑在美國(guó)的銷售減少85%。但家用空調(diào)仍是這項(xiàng)立法的一個(gè)空白。作為一個(gè)關(guān)心環(huán)境的房主，我很想安裝一個(gè)不使用超級(jí)溫室氣體的中央空調(diào)。我甚至愿意成為一個(gè)早期采用者，并支付大大高于普通空調(diào)的價(jià)格。但是，據(jù)我所知，美國(guó)消費(fèi)者還沒有這樣的空調(diào)。

潛在的解決方案

現(xiàn)成的清潔制冷劑和一個(gè)新的空調(diào)器

其他行業(yè)如超市制冷和汽車空調(diào)已經(jīng)在改用清潔制冷劑方面取得了很大的進(jìn)展。在汽車空調(diào)中，美國(guó)和歐盟最流行的制冷劑是一種叫做R-1234yf的制冷劑，從全球變暖的角度來看，它比我們今天在家用空調(diào)中使用的R-410a制冷劑清潔數(shù)千倍。

此外，在超市制冷中，二氧化碳是一種越來越受歡迎的第4步制冷劑。雖然二氧化碳是一種溫室氣體，但它卻比R-410a清潔數(shù)千倍。

那么，下一代家用空調(diào)是否可以采用這些在凈化其他行業(yè)方面非常有效的制冷劑之一？為了調(diào)查這個(gè)問題，記者跟伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校機(jī)械工程教授Pega Hrnjak進(jìn)行了交談，后者在過去30年里一直在研究制冷和空調(diào)的技術(shù)。

首先，人們能否可以在家用空調(diào)中使用來自汽車工業(yè)的R-1234yf？根據(jù)Hrnjak的說法，這在技術(shù)上是可行的，但存在一個(gè)挑戰(zhàn)。R-1234yf無法像R-410a那樣被壓縮，因此R-1234yf空調(diào)的管子和其他部件需要更大和更昂貴。

另外，越來越多的超市制冷系統(tǒng)使用二氧化碳作為制冷劑，那么在家用空調(diào)中使用二氧化碳如何？Hrnjak對(duì)此回答道--“二氧化碳比R-410a更喜歡被壓縮，這使得管道和其他部件比基于R-410的空調(diào)更小--而且可能更便宜?！?/p>

二氧化碳在其他方面也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。它價(jià)格低廉、不易燃的。因此，基于二氧化碳的家用空調(diào)可能是一個(gè)偉大的解決方案，它結(jié)合了成本效益和能源效率，且--關(guān)鍵是--它不會(huì)像今天基于R-410a的家用空調(diào)那樣對(duì)全球變暖產(chǎn)生極端影響。

開發(fā)使用清潔制冷劑的新空調(diào)的方法是有希望的。這將需要一個(gè)逐步的過渡，也許到2025年，新的家用空調(diào)將使用清潔的制冷劑。但舊空調(diào)將繼續(xù)出現(xiàn)泄漏并向大氣中排放大量的R-410a超級(jí)溫室氣體。

新制冷劑和同一臺(tái)空調(diào)

如果有辦法使用一種更清潔的制冷劑來改造今天的空調(diào)會(huì)怎么樣？幾年前，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的一個(gè)小組對(duì)超過100萬種潛在的制冷劑進(jìn)行了計(jì)算機(jī)分析。不幸的是，NIST并沒有找到R-410a的完美替代品。

然而還有其他角度可以解決這個(gè)問題。首先，有可能混合多種制冷劑來創(chuàng)造一個(gè)R-410a的替代品。其次，在NIST研究之后的幾年里，人工智能系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)新分子和材料方面變得更加熟練。如人工智能在Moderna COVID疫苗的快速開發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

那么我們能否利用人工智能來發(fā)明一種新的制冷劑從而使今天的家用空調(diào)“接種”疫苗以避免強(qiáng)烈的溫室氣體排放？

為了探討這個(gè)問題，記者有跟來自阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)化學(xué)工程教授S. Mani Sarathy進(jìn)行了交談。Sarathy的團(tuán)隊(duì)一直在使用人工智能來預(yù)測(cè)數(shù)百種碳?xì)浠衔锓肿拥奶匦裕@些分子既被用作燃料也被用作冰箱等小型設(shè)備的制冷劑。

當(dāng)Sarathy被問及其方法是否可以幫助開發(fā)更清潔的制冷劑時(shí)，他回答道：“我們已經(jīng)應(yīng)用這種方法來開發(fā)可再生燃料，這些燃料比其化石燃料燃燒更清潔。我很樂觀地認(rèn)為，同樣的方法將適用于考慮數(shù)以百萬計(jì)的潛在制冷劑分子并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其熱性能。我們還可以對(duì)低毒性和低可燃性進(jìn)行優(yōu)化?！?/p>

總之，這個(gè)問題至少有兩個(gè)令人信服的工程解決方案：可以開發(fā)新的家用空調(diào)、使用我們今天擁有的更清潔的步驟4制冷劑或可以發(fā)明一種步驟4清潔制冷劑用于我們已有的空調(diào)。