Замена фреону

Поиск замены фреонуМожет показаться — ну сколько хладагента необходимо для работы холодильника или кондиционера (если учитывать только эти применения). Но их так много, что масштабы мирового производства получаются просто огромные. Ведь речь идет не только о бытовых охлаждающих приборах, но и об огромных промышленных холодильных установках и кондиционерах, которые есть на любых предприятиях, поездах, транспортных фурах и судах. 

По данным 1963 года, только в США на нужды холодильной техники требовалось 5,44·1010 кг хладагентов в год. Когда-то это был в основном HCFC-22. Сегодня их вытеснили более инертные и безопасные фтоуглеводороды и их смеси - HFC-134a (CF3-CH2F), R-407a (смесь CF2H2, CF3-CHF2 и CF3-CH2F), R-407f (смесь CF3-CH2F, CF2H2 и CF3-CF2H) и R-410a (смесь CH2F2 и CHF2-CF3). По данным на 2009 год, только в США работа примерно 135 миллиардов единиц оборудования зависела от производства хладагентов.

Кондиционеров еще 40 лет назад было действительно не так много. Но в последние десятилетия начался лавиноо- бразный спрос, и только в 2008 году в мире было введено в эксплуатацию 68,7 миллиона таких устройств. Большинство из них приходится на Азию и Северную Америку. По прогнозам к 2012 году мировой рынок насытится, и тогда на нашей планете будет работать примерно 85 миллионов кондиционеров.

Итак, сегодня хлор- и бромсодержащие фторуглероды, опасные для озонового слоя, заменили хладагенты второго поколения, гидрохлорфторуглероды. Тем не менее развитые страны планируют отказаться от некоторых из них к 2020 году, а развивающиеся — к 2030-му. Получается, что сейчас мир постепенно переходит на третье поколение — стойкие фторуглероды. Кстати, получать их технологически сложнее и соответственно дороже. Поэтому многие компании занимаются усовершенствованием и удешевлением методов их рупнотоннажного синтеза, а также поиском новых фторсо- держащих углеродистых соединений.

Конечно, возможны и другие решения. Ведь кроме зло- получных ХФУ, ГФУ и ФУ существуют и другие вещества, которые уже пробовали на каком-то этапе. Например, с точки зрения термодинамических свойств наиболее перспективный хладагент — обыкновенная вода (Н2О). Однако рабочее давление, создаваемое водой в холодильной установке, будет слишком высоким для использования такой машины в домашних условиях. Такого рода агрегаты более перспективны в исследовательских целях. Можно использовать углекислый газ, но такой холодильник будет просто взрывоопасен. Низкую температуру получают и с помощью сухого льда (твердый углекислый газ). При давлении 98 кПа его температура -78,9о С. При том теплота, необходимая для полного испарения сухого льда, равна 561 кДж/кг. Таким образом, холодопроизводительность килограмма сухого льда в 1,9 раза больше, чем у килограмма обыкновенного льда.

Перспективным считают использование в качестве рабочей смеси для бытовых холодильников азеотропной смеси пропана (C3H8) и n-бутана (C4H10). Этой смесью уже заправляют холодильники в Германии и широко внедряют ее в Китае и Индии.

Правда, американское Агентство по охране окружающей среды ее запретило (оба газа взрывоопасны). Все перечисленные варианты возможны, но их невозможно применить в нужных масштабах, и они не могут составить серьезной конкуренции фторуглеводородам. Поэтому приоритетным направлением остается поиск методик синтеза именно фторуглеродов.

Среди возможных путей получения самые перспективные — каталитическое присоединение фтороводорода (HF), каталитическая изомеризация (изменение строения без изменения состава), диспропорционирование (химическая реакция, в которой один и тот же элемент выступает и в качестве окислителя, и в качестве восстановителя) и копропорционирование (обратный диспропорционированию процесс), а также каталитическое отщепление фтороводорода и гидро/дегидрогалогенирование. Развивая методики синтеза фторсодержащих углеродистых соединений нового поколения, ученые надеются получить более совершенные хладагенты, а также усовершенствовать (чтобы не было промышленных выбросов) и удешевить методы получения уже используемых соединений.

Например, довольно перспективный хладагент 1,1-дифторэтан (CH3—CHF2, или HFС-152a), альтернатива дихлордифторметана, удобно получать каталитическим присоединением фтороводорода к винилхлориду CH2=CHCl. В качестве катализаторов можно использовать высокодисперсный оксид алюминия с добавками фторидов переходных металлов. Получение перфторуглеродов (не содержащих водород) — задача намного более сложная, ее нельзя решить с помощью одного лишь катализа. Вдобавок, к сожалению, не все известные лабораторные методы синтеза можно использовать в промышленности. Однако это лишь технические подробности, а суть проблемы в том, чтобы обеспечить населению Земли высокий уровень жизни и при этом не уничтожить все вокруг себя.

Земля — это шаткая равновесная система. Вывести ее из равновесия очень просто, а чтобы вернуть в прежнее состояние, нужны столетия. История развития технологий имеет и оборотную сторону. В последние сто лет не раз бывало так, что человечество приходило в восторг от результатов нового открытия, а потом они подпадали под строгий запрет. Сегодня мир отказался от хладагентов первого поколения. Теперь может возникнуть следующая проблема — с изменением климата (кстати, так и не известно достоверно, виноват ли в этом человек). Мы не можем отказаться от благ цивилизации: те же холодильники — это не только бытовые удобства, но и медицина, и пищевая промышленность. Однако необходимо отказаться от стратегии «после нас хоть потоп» и каждый раз тщательно просчитывать не только положительные стороны открытий и внедрений, но и возможные пагубные последствия. Так или иначе, поиск идеального хладагента, чудесного полимера, пропеллента и других полезных продуктов на основе фторуглеродистых соединений не окончен, — как говорится, продолжение следует.