Xu hướng sử dụng môi chất lạnh trong tương lai
logo
5 stars - based on 1 reviews

Môi chất lạnh mang ý nghĩa vô cùng to lớn trong các ngành kinh tế, đặc biệt là công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, cũng như mang lại tiện nghi và nâng cao mức sống cho con người nhờ các thiết bị điều hòa làm lạnh, ổn định độ ẩm.

Một sự đột phá của những nhà khoa học nghiên cứu chính là biến môi chất làm lạnh vốn dĩ được biết đến như chất độc có thể tiêu diệt toàn trái đất trở thành chất được ứng dụng trong cuộc sống phục vụ nhu cầu con người và xã hội. Tuy nhiên, lĩnh vực này hiện còn nhiều vấn đề tranh cãi và bàn luận. Đứng trước tình hình và công cuộc nghiên cứu và phát triển, xu hướng sử dụng môi chất lạnh trong tương lai như thế nào?

Xem chi tiết một số sản phẩm điều hòa không khí của công nghệ lạnh hiện nay:

 

1. Tình hình lịch sử công cuộc nghiên cứu và ứng dụng chất làm lạnh trong cuộc sống

Từ vạn năm trước, những vấn đề cơ bản của kỹ thuật lạnh đã được phát triển trong thế kỷ 19 và được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động sản xuất, làm việc của con người, xã hội. Tuy nhiên, đây là vấn đề hết sức nan giải bởi các môi chất lạnh được sử dụng lúc này phần lớn độc hại và dễ cháy nổ. Mục tiêu của các nhà khoa học lúc này là tìm ra môi chất lạnh an toàn, đạt hiệu quả và không gây ô nhiễm với môi trường.

Năm 1931, một số chất như R12 (CCl2F2), R11 (CCl3F), R22 (CHClF2)… đã được hãng hóa chất DuPont của Mỹ sản xuất đại trà với tên thương mại là Freon, sử dụng làm môi chất lạnh cho tủ lạnh và máy điều hòa không khí. Các Freon là Dẫn xuất từ ‘Hidrocacbon, là tên gọi chung của nhiều loại ga khác nhau, nguyên tử Hidro có thể được thay thế bằng các nguyên tử Flo, Clo, Brom… Các Freon khác nhau được tạo ra khi thay thế số nguyên tử, dẫn tới ký hiệu thay đổi và mục đích sử dụng với từng vùng nhiệt cũng khác nhau. Cụ thể về các Freon thường dùng:

  • R12: Công thức hóa học CCl2F2 là chất khí không màu, có mùi nhẹ, nặng hơn không khí, nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là -29.8oC. Được sử dụng rất rộng rãi, đặc biệt trong tủ lạnh cũ.
  • R22: Công thức hóa học CHClF2 là chất khí không màu, có mùi nhẹ, nặng hơn không khí, sôi ở áp suất khí quyển ở nhiệt độ -40.8oC. Được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực điều hòa không khí.

Tuy nhiên, năm 1974, hai nhà bác học Rowland và Molina đã phát hiện ra rằng, Freon là thủ phạm gây ra sự suy giảm tầng ozon, lá chắn bảo vệ trái đất khỏi các tia bức xạ cực tím độc hại từ vũ trụ. Lỗ thủng ozon ở Nam Cực lan rộng ra đến châu Úc. Một loạt các môi chất lạnh quan trọng nhất bị cấm sử dụng như R11, R12, R13B1, R113, R114, R115 cũng như hỗn hợp môi chất lạnh có chứa các chất này như R500, R502… ngay trong năm 1996. Tuy nhiên trên thực tế, do các thiết bị sử dụng R12 vẫn hoạt động nên thời hạn này được kéo dài thêm 10 năm đối với các nước đang phát triển và do vậy hiện nay lượng R12 trên thị trường ngày càng ít đi, R22 cũng chỉ được phép sử dụng cho đến 2020.

Từ năm 1990, các nhà khoa học tìm kiếm các môi chất lạnh có ODP = 0. Các HFC (HydroFloroCarbon) không chứa clo có ODP = 0 là đích ngắm đặc biệt. Nổi bật nhất là R134a (CH2FCH3) cùng các hỗn hợp của nó với R32, R125 như R407C và R410A, R507. Nhìn chung, HFC có các tính chất nhiệt động và nhiệt lạnh cũng như hiệu suất so với R12 và R22 đều kém hơn nhưng ở thời điểm hiện tại vẫn chưa có phương án nào khác.

Cũng vào khoảng những năm 1990, các môi chất lạnh tiếp tục bị cho là nguyên nhân gây sự nóng lên của trái đất, làm tan băng tuyết ở Bắc và Nam cực, thiên tai hoành hành, chính vì thế, HFC cũng bị cấm sử dụng.

2. Khắc phục khó khăn trong việc nghiên cứu các môi chất lạnh

Các nhà khoa học lại tiếp tục tìm kiếm môi chất lạnh mới đáp ứng các yêu cầu trong chu trình làm lạnh như:

  • Bền vững, không phân hủy trong phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.
  • Không ăn mòn vật liệu chế tạo máy, không phản ứng với dầu bôi trơn, Oxy và hơi ẩm trong máy lạnh.
  • Không dẫn điện, độ nhớt nhỏ để tổn thất áp suất nhỏ
  • Hệ số truyền nhiệt trong các thiết bị trao đổi nhiệt tốt, thể tích riêng pha hơi phù hợp để kích thước máy nén phù hợp.
  • Dễ bôi trơn máy nén, áp suất ngưng tụ không quá cao, áp suất bay hơi không quá thấp, không cháy nổ, không độc hại, quan trọng nhất là thân thiện với môi trường, nghĩa là ODP phải bằng 0 hoặc thấp, GWP phải thấp (nhỏ hơn 150 tính theo thời hạn tác động là 100 năm).
  • Thời gian tồn tại trong khí quyển phải ngắn nhưng không nên ngắn quá để tránh nguy cơ phân hủy gần bề mặt ở tầng thấp, tại chỗ rò rỉ.

Với các tiêu chí được đề ra, các nhà khoa học đã nghiên cứu hàng trăm, hàng nghìn các hợp chất khác nhau như FIC (FluoroIodoCarbon) đại diện là R13I1, các loại olefin như HFO đại diện là R1234yf và R1234ze(E). Môi chất lạnh tự nhiên đã được nghiên cứu trở lại với các ứng dụng rộng rãi và rất hiệu quả. NH3 đã được mở rộng ứng dụng hiệu quả trong các hệ thống lạnh công nghiệp đặc biệt công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm.

R134A: có công thức hoá học CH2FCF3 được cải thiện, là môi chất lạnh không chứa chlorine trong thành phần hoá học nên chỉ số ODP = 0, R134A đã được thương mại hoá trên thị trường và dùng để thay thế cho R12 ở nhiệt độ cao và trung bình, đặc biệt là điều hoà không khí trong ô tô, điều hoà không khí nói chung, máy hút ẩm và bơm nhiệt. Ở giải nhiệt độ thấp R134A không có những đặc tính thuận lợi, hiệu quả năng lượng rất thấp nên không thể dùng được, R134A cũng có những tính chất tương tự như R12

R143A: Công thức CF3CH3, không độc không ăn mòn phần lớn các vật liệu, nhưng dễ cháy nổ. R143a thường dùng trong các hỗn hợp (R507, R404A)

R410A: Là hỗn hợp của hai Freon đồng sôi, gồm 50% R32 và 50% R125. Đây là môi chất đang được sử dụng phổ biến trong các máy điều hòa nhiệt độ hiện nay vì môi chất này không phá hủy tầng ozon. Khi sử dụng môi chất này cần chú ý: Áp suất ngưng của R410A lớn hơn khoảng 1,6 lần so với R22 nên ống đồng cần dày hơn để không bị nổ. Đây là một hỗn hợp đồng sôi, do đó khi rò rỉ ga, phải xả hết và nạp lại toàn bộ cho hệ thống và nạp ở dạng lỏng. R410A không cháy, không độc hại, bền vững hóa học và không ăn mòn phần lớn các vật liệu.

3. Xu hướng sử dụng môi chất lạnh trong tương lai

Xu hướng sản xuất và sử dụng môi chất lạnh trong thời gian tới Ngành công nghiệp lạnh đang dần loại bỏ công chất lạnh có chứa clo theo nghị định Montreal. Việc này góp phần giảm thiểu lượng clo có trong không khí và từ đó giúp phục hồi tầng Ozon đã bị tổn thương trước đó.

Hiệu ứng nhà kính đang thu hút được sự quan tâm của đông đảo các tầng lớp xã hội bởi ảnh hưởng to lớn của nó tới biến đổi khí hậu toàn cầu. Việc giảm lượng phát thải khí nhà kính cần phải được kiểm soát chặt chẽ để có thể làm giảm thiểu các tác động mà hiệu ứng này gây ra.

Công chất lạnh trong tương lai cần phải đảm bảo được 3 yêu cầu cơ bản đó là an toàn, thân thiện với môi trường và có thể cho năng suất làm lạnh cao.

Freon HFC là loại công chất lạnh không phá hủy tầng ozone, không cháy nổ, không độc hại, có khả năng tái chế và cho năng suất làm lạnh cao. Hiện nay, HFC là lựa chọn tốt nhất đối với ngành lạnh và đang dần được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới bởi tính thân thiện đối với môi trường và đem lại hiệu quả hoạt động tốt. Nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các hệ thống dùng HFC nếu được thiết kế và bảo dưỡng tốt sẽ cho chỉ số GWP nhỏ nhất với chỉ số ODP bằng 0.

Công cuộc nghiên cứu môi chất lạnh trong ngành nhiệt lạnh không ngừng được cải thiện và phát huy, mặc dù vẫn còn một số hạn chế nhưng không thể phủ nhận những đóng góp và tìm kiếm to lớn của các nhà khoa học đã giúp cuộc sống ngày càng hiện đại và tiện nghi.

Có thể bạn muốn biết?