Undersøgelse identificerer kemiske blandinger som mulige alternative kølemidler

Mere end et dusin kemiske blandinger kunne tjene som alternative kølemidler, der ikke vil opvarme atmosfæren så meget som nutidens kølemidler gør, eller tage ild, ifølge en ny beregningsundersøgelse foretaget af National Institute of Standards and Technology (NIST).

NIST -undersøgelsen identificerede de 22 "bedste" ikke -brandfarlige eller marginalt brandfarlige blandinger med lavere global opvarmningspotentiale (GWP) - et mål for, hvor meget varme en gas vil fange, hvis den frigives til atmosfæren - end det nuværende standardkølemiddel til køretøjets klimaanlæg (AC ), kaldet R-134a (tetrafluorethan).

De fleste af de identificerede blandinger kombinerer R-134a med et eller to andre kommercielle kølemidler.

Den nye NIST -analyse, som blev udført for det amerikanske militær, men også gælder for civile applikationer såsom AC -systemer til hjem og biler, er en opfølgning på en 2017 NIST-undersøgelse, der viste, at alle enkeltkomponenter, klimavenlige kølemidler var i det mindste marginalt brandfarlige. Denne undersøgelse foreslog, at blandinger kunne tilbyde de optimale løsninger.

"Militæret insisterer på at ville have ikke-brændbare blandinger, men de civile anvendelser bevæger sig mere og mere mod i det mindste marginalt brandfarlige blandinger, "NIST -maskiningeniør og studieforfatter Ian Bell sagde.

For at hjælpe med at reducere den globale opvarmning, næsten 200 nationer, herunder USA, blev enige om i 2016 at ændre Montreal-protokollen til at nedfælde kølemidler, der bruges i de fleste vekselstrømssystemer i midten af ​​århundredet. Den delvise nedtrapning, frem for en fuldstændig afvikling, erkendte de komplicerede valg, der skal træffes for at vælge udskiftninger.

Til det nye studie, NIST -forskere valgte 13 væsker inden for et trykområde, antændelighed, og GWP -værdier, der kan producere en blanding med de ønskede egenskaber. Alle væsker havde lav toksicitet og var kommercielt tilgængelige. Forskerne foretog en omfattende evaluering af alle mulige kombinationer af to eller tre af de 13 væsker.

Væskerne omfattede hydrofluoroolefiner, som har meget lav GWP, men er let brandfarlige; ikke-brændbare hydrofluorcarboner (HFC'er) med moderat til høj GWP; let brandfarlige HFC'er; og kuldioxid, som ikke er brandfarlig og også har en meget lav GWP på 1, men ville øge driftstrykket for en blanding, hvilket er uønsket.

NIST -forskere fandt ikke nogen blandinger, der opfyldte alle ønskede begrænsninger - ikke -brandbarhed, lav GWP, høj effektivitet (køling pr. arbejdsenhed), og samlet kølekapacitet svarende til R-134a-baseline-systemet.

Undersøgelsen identificerede 14 ikke -brandfarlige blandinger, der tilbød en reduktion i GWP på, højst, 51 procent i forhold til R-134as GWP fra 1300. Yderligere otte blandinger, der var marginalt brandfarlige, blev identificeret med GWP-reduktioner på hele 99 procent. Forskere simulerede udførelsen af ​​disse 22 blandinger i en detaljeret kølecyklusmodel. Undersøgelsen blev udført ved hjælp af beregningsværktøjer; forskere planlægger at udføre laboratorieforsøg for at verificere resultaterne.

Undersøgelsen afslørede flere tendenser. De mest lovende ikke-brandfarlige blandinger har lidt lavere effektivitet sammenlignet med R-134a. Disse ikke -brændbare blandinger har en lavere GWP -grænse på 640; dette skyldes behovet for meget R-134a i blandingen for at undertrykke antændeligheden af ​​væsker med lavt GWP. Andre blandinger indeholdende en betydelig mængde kuldioxid var også ikke -brandfarlige, men disse havde meget lav effektivitet sammenlignet med R-134a og blev ikke betragtet som levedygtige alternativer.

Der er også en generel tendens til effektivitet, der stiger i takt med GWP og brandbarhed. Dette skyldes, at lavere GWP-væsker har en tendens til at være mere komplekse molekyler, og denne kompleksitet kan hindre køleydelsen.

"De" gode "blandinger, som vi fandt, er meget grænseoverskridende, ikke brandfarlige, "Bell advarede." Det betyder ikke, at de ikke stadig brænder i betragtning af det rigtige miljø. Vi skal være forsigtige, fordi det er en slags mørk kunst. Der er en grundlæggende afvejning:Hvis du virkelig ønsker ikke-brandbarhed og effektivitet, du får ikke begge dele. Du får det ene eller det andet. "