4.3. Екологічні аспекти використання холодильних агентів. Параметри оцінки впливу на довкілля

Починаючи з кінця сімдесятих років минулого століття, коли над Антарктидою виявили “озонову діру”, велика увага почала приділятися вивченню впливу холодильних агентів на довкілля. Було виявлено, що фреони сприяють руйнуванню озонового прошарку Землі та спричиняють парниковий ефект.

Незважаючи на те, що концентрація фреонів у атмосфері знано нижча концентрації СО₂, їх ефективність по затримуванню інфрачервоного випромінювання в багато тисяч разів більша, в тому числі через значно довший період життя ( R12 – 120 років, R115 – 250 років,

R11 – 60 років).

Руйнування озонового шару відбувається внаслідок того, що молекули фреону потрапивши у стратосферу (шлях триває 1-2 роки), під дією ультрафіолетового випромінювання внаслідок фотолітичної дисоціації розкладаються з вивільненням атома хлору. Вільні атоми хлору та радикал, що залишився виступають потужними каталізаторами реакції перетворення озону у кисень – одна молекула хлору спричиняє руйнування від 10 до 100 тисяч молекул озону.

Враховуючи, що до середини 80 років ХХ століття загальне виробництво фреонів у світі досягло значних обсягів (1123 тис. тон у 1986 році) виникла потреба у регулюванні виробництва та використання фреонів, з метою зменшення шкідливого впливу на довкілля.

Вперше проблема була піднята на Віденській конференції по захисту озонового шару в 1985 році з подальшим закріпленням у Монреальському протоколі 1987 року, який підписала більшість розвинутих країн. Він встановив жорсткі економічні обмеження не тільки на виробництво і використання хлорфторвуглеводнів (CFC), а й на торгівлю, експорт та імпорт холодильної технік, яка містить СFC. Протокол набув сили з 12 січня 1989 року. Станом на 1995 рік до нього приєдналося 150 країн. Незалежна Україна також входить до переліку країн які приєднання до Монреальського протоколу.

Згідно протоколу усі фреони були розділені на три групи у відповідності зі ступенем впливу на озоновий шар Землі:

Група	Характеристика впливу на озоновий шар	Холодильні агенти
А	Озононебезпечні хладони. Викликають виснаження озонового прошарку	Хлорфторвуглеводні (CFC): Rll, R12, R13, R1ll, R112, R113, R114, R115. Бромфторвуглеводи: R12B1, R12B2, R113B2, R13B1, R21B1, R22B1, R114B2
В	Регульовані хладони. Викликають слабке виснаження озонового прошарку	Хлорфторвуглеводні (HCFC): R21, R22, РЗ1, R121, R122, R123, R123B1, R124, R131, R132, R133, R141, R142, R151, R221, R222, R223, R224, R225, R231, R232, R233, R234, R235, R241, R242, R243, R244, R251, R252, R271
С	Озонобезпечні хладони	Фторвуглеводні (HFC): R23 R32 R41, R125, R134, R143, R152, R161, R227, R236, R245, R254 Фторвуглеводи (FC): R14, R116, R218, RC318, R31-10

В червні 1990 року на конференції у Лондоні було прийнято рішення про припинення використання усіх видів фреонів промислово розвинутими країнами до 2000 року. На конференції у Копенгагені (листопад 1992 року) учасники Монреальського протоколу прийняли рішення про припинення виробництва озононебезпечних фреонів R11, R12 та R502 з 1 січня 1996 року, а галогенів до 1 січня 1994 року.

На Віденській конференції в 1995 році було введено терміни використання озононебезпечних сполук:

Група фреонів	Країни учасники Монреальського протоколу	ЄС	Країни, що розвиваються
СFC	11.01.96	1.01.1995	1.01.2006
ССl4	1.01.1996	–	1.01.2006
Метил хлороформ	1.01.1996	–	1.01.2006
НСFC	1.01.2030	–	–

Якщо вплив СFC на парниковий ефект очевидний, то на руйнування озонового шару спірний (викиди природних хлорфторвуглеводнів під час діяльності вулканів чи танення антарктичної криги, яка містить ці сполуки, досить суттєвий). З цієї причини на Копенгагенській конференції вчені закликали повернутися до рішень Монреальського протоколу. Було запропоновано порівнювати холодильні агенти за їх шкідливою дією. Для цього було запропоновано коефіцієнти:

– ODP (Ozon Depletiоn Potential) – потенціал руйнування озону визначається наявністю у молекулі атомів хлору. Прийнято ODP=1 для R11. Для СFC ODP≥1, для HCFC ODP<0,1, для HFC ODP=0;

– GWP (Global Warming Potential) – потенціал глобального потепління, або HGWP (Halocarbon Global Warming Potential). Прийнято GWP=1 для CO₂ з часовим відрізком 100 років. HGWP=1 для R11.

В таблиці наведено значення коефіцієнтів для деяких поширених холодильних агентів:

Холодильний агент	ODP	HGWP	GWP
R11	1	1	3500
R717	0	0	0
R12	0,9…1	1,3…1,4	8500
R22	0,04…0,06	0,32…0,37	1500
R134a	0	0,24…0,29	1300
R152a	0	0,026…0,033	122
R143a	0	0,72…0,76	4300

Практика використання замінників холодильних агентів показала, що в деяких випадках має місце зниження ефективності роботи холодильних машин, що в свою чергу викликає додаткові затрати електроенергії, вироблення якої супроводжується викидами в атмосферу двоокису вуглецю (окрім атомної енергетики). З цієї причини, останнім часом, для аналізу загального впливу використання холодильних агентів на довкілля використовують параметр TEWI (Total Equivalent Warming Impact), що носить назву сумарної еквівалентної теплової дії. Він представляє собою суму безпосереднього потенціалу парникового ефекту в результаті емісії в атмосферу та дотичного потенціалу, викликаного емісією двоокису вуглецю в процесі виробництва електроенергії, яка необхідна для роботи холодильної установки:

TEWI=GWP∙M+αB∙L,

де GWP– потенціал глобального потепління; М– маса емісії холодильного агента в атмосферу; α– коефіцієнт, що характеризує емісію двоокису вуглецю в атмосферу під час вироблення кгСО₂/1 кВт∙год електроенергії; В– кількість електроенергії, спожитої за весь час роботи холодильної установки, кВт∙год; L– час роботи холодильної установки, год.

Можливість застосування робочих речовин у холодильних машинах різноманітного призначення й умові здійснення термодинамічних циклів визначається їхніми властивостями. До таких властивостей ставляться: отруйність, запах, вибухонебезпечність, займистість, температура затвердіння, взаємодія з металами і мастилами і їхні термодинамічні властивості.