Walka na czynniki
Od jakiegoś czasu producenci samochodów zobowiązani są do stosowania w nowych modelach układów klimatyzacji z bardziej ekologicznym czynnikiem chłodzącym. W praktyce jednak bywa z tym różnie. Na rynku panuje kompletne zamieszanie, które siłą rzeczy wpływa również na warsztaty.
Zgodnie z unijnymi postanowieniami produkowane w Europie samochody już od 2011 roku miały być wyposażone w mniej szkodzące środowisku układy klimatyzacji. Czynnik R134a miał zostać zastąpiony nowym ziębnikiem, którego indeks GWP (Global Warming Potential) będzie niższy niż 150. Tłumacząc to na język zrozumiały, chodzi o to, by nowy środek w znacznie mniejszym stopniu przyczyniał się do powstawania tzw. efektu cieplarnianego. Nie będziemy tu się wdawać w ideologiczne rozważania na temat wpływu człowieka na zmiany klimatyczne na Ziemi. Warto jednak poświęcić nieco miejsca samym regulacjom, ponieważ wpłyną one na rynek motoryzacyjny oraz warsztatową codzienność.
Coraz bardziej ekologicznie
To nie pierwsza zmiana w dziedzinie samochodowej klimatyzacji. Nie tak dawno przecież standardem stosowanym w motoryzacji był czynnik R12 (dichlorodifluorometan). Ziębnik ten miał dobre właściwości termodynamiczne jednak, jak się okazało, był zabójczy dla warstwy ozonowej, dlatego też zgodnie z podpisanym w 1987 roku Protokołem Montrealskim został wycofany.
Jego następcą został R134a (tetrafluoroetan), który chłodził równie dobrze co R12, jednak okazało się, że i on nie jest obojętny dla środowiska, bo choć czynnik ten nie przyczyniał się on powstawania dziury ozonowej, to jednak uczeni stwierdzili, że jest tzw. gazem cieplarnianym o bardzo wysokim indeksie GWP wynoszącym 1300. Jak wiadomo, wycieki czynnika chłodzącego do atmosfery są nieuchronne. Jeśli zaś weźmie się pod uwagę liczbę jeżdżących po świecie samochodów wyposażonych w układ klimatyzacji, okaże się, że każdego roku do atmosfery emitowane są dziesiątki tysięcy ton tego szkodliwego gazu.
W Stanach Zjednoczonych i Japonii nie zdecydowano się na zastąpienie czynnika R134a, jednak tamtejsi producenci pojazdów zostali zobowiązani do wprowadzenia pewnych zmian mających ograniczyć emisję tetrafluorometanu do atmosfery. Układy stosowane w nowych samochodach, dzięki bardziej wydajnym kompresorom będą zawierały mniej ziębnika. Wycieki z układów mają zostać ograniczone o połowę, dzięki zastosowaniu doskonalszych przewodów, połączeń i uszczelnień. Same samochody powinny być zaś bardziej odporne na nagrzewanie się wnętrza dzięki zastosowaniu specjalnych szyb i lakierów. Nowoczesne stacje przeznaczone do obsługi układów klimatyzacji mają również zapewnić bardziej wydajne odzyskiwanie czynnika podczas czynności serwisowych, co dodatkowo ograniczy jego emisję do atmosfery.
Jak już wspomnieliśmy, Europa poszła bardziej radykalną drogą. Koncerny motoryzacyjne zostały zobowiązane do stosowania w układach klimatyzacji nowego środka, który będzie nieszkodliwy dla środowiska (GWP < 150), nietoksyczny i bezpieczny.
Obecnie znane są dwa czynniki chłodnicze spełniające europejskie normy ekologiczne: HFO1234yf (określany też symbolem R1234yf) bądź też R744, czyli po prostu dwutlenek węgla. Oba ziębniki mają swoje wady i zalety, które są skrzętnie wykorzystywane jako argumenty w kampaniach lobbingowych przez konkurujące ze sobą firmy.
Syntetyk kontra CO2
HFO 1234yf, czyli tetrafluoropropen (pełna nazwa tego związku jest bardziej zawiła, ale nie piszemy tu pracy naukowej z dziedziny chemii organicznej) to środek opracowany wspólnie przez chemicznych gigantów, firmy: Honeywell i DuPont. Bezsprzeczną jego zaletą jest fakt, że czynnik ten nie wymagał przełomu technologicznego w układach klimatyzacji. Charakterystyka termodynamiczna HFO 1234yf jest bowiem bardzo zbliżona do R134a. Czynnik ten jest również przyjazny środowisku – jego indeks GWP wynosi zaledwie 4 – przypomnijmy, że przypadku R134a, wskaźnik ten ma wartość 1300.
Konkurencją dla czynnika HFO 1234yf jest wspomniany dwutlenek węgla. Jak wiadomo, nadmierna emisja tego gazu do atmosfery jest zdaniem części badaczy odpowiedzialna za globalne ocieplenie. Teoria ta jest kontrowersyjna i na jej temat trwają zażarte dyskusje. Jednak jako czynnik chłodzący, dwutlenek węgla jest najmniej szkodliwy dla środowiska, bowiem jego indeks GWP wynosi zaledwie 1. Zwolennicy wykorzystania CO2 w samochodowych układach klimatyzacji uważają, że z punktu widzenia środowiska jest to najlepsze rozwiązanie również z tego powodu, że pozyskanie CO2 wymaga znacznie mniejszej ilości energii niż wyprodukowanie syntetycznego HFO 1234yf, co również przynosi korzyści ekologiczne.
Warto wspomnieć, że zastosowanie dwutlenku węgla w instalacjach chłodzących nie jest żadnym nowym rozwiązaniem. Gaz ten był powszechnie wykorzystywany do tego celu od XIX wieku do lat 20. XX wieku. Dwutlenek węgla wyparty został jednak przez czynniki z grupy CNC (fluoryzowanych węglowodorów), dzięki którym systemy chłodnicze mogły pracować przy znacznie niższym ciśnieniu roboczym. I właśnie owo wysokie ciśnienie, jakiego wymaga CO2 jest główną przeszkodą w jego zastosowaniu w samochodowych układach klimatyzacji. W systemach przeznaczonych do pracy z CO2 ciśnienie dochodzi do 150 barów, zaś w „tradycyjnej” instalacji nie przekracza ono 30 barów. Zastosowana w instalacji z CO2 sprężarka musi mieć więc znacznie większą wydajność, zaś wymienniki ciepła, przewody, zawory itd. powinny być przystosowane do znacznie większych obciążeń. Tu od razu trzeba zwrócić uwagę, że w instalacjach z dwutlenkiem węgla nie ma tradycyjnych skraplaczy, bowiem w ogóle nie dochodzi w nich do skraplania czynnika chłodzącego. Funkcję wymiennika ciepła pełni tu chłodnica gazu, która ma zupełnie inną konstrukcję niż znane nam doskonale kondensery, nieróżniące się zbytnio pod względem konstrukcji od normalnej chłodnicy cieczy.
Spełnienie tych wszystkich wymogów technicznych sprawia, że układ przystosowany do pracy z dwutlenkiem węgla jest znacznie droższy. Zwolennicy instalacji CO2 wskazują jednak, że takie proste porównywanie kosztów nie pokazuje całej złożoności tematu. Ich zdaniem, dzięki lepszym właściwościom termodynamicznym dwutlenku węgla, system z CO2 jest znacznie bardziej wydajny, co oznacza, że jego elementy mogą być mniejsze. Poza tym układ taki zużywa do 30% (w zależności od temperatury otoczenia) mniej energii, co przekłada się na niższe zużycie paliwa. System ten może również służyć do błyskawicznego ogrzewania wnętrza samochodu. Wówczas działa on w obiegu odwróconym – sprężenie gazu następuje w wymienniku ulokowanym wewnątrz kabiny. Funkcja ta przydaje się szczególnie zimą, kiedy po nocnym postoju chcemy szybko pozbyć się szronu i lodu z szyby.
Wreszcie, jak zauważają przedstawiciele „lobby dwutlenkowego” czynnik R744 jest tani i ogólnie dostępny. Kolejną zaleta dwutlenku węgla jest to, że jako naturalny składnik powietrza może on być wypuszczony bezpośrednio do atmosfery. Pozwala to uniknąć stosowania skomplikowanej procedury odzyskiwania czynnika, a tym samym obniżyć koszty serwisu.
Bezpieczny, czy nie?
Oczywiście w rozgrywce HFO 1234yf kontra R744 w grę wchodzą ogromne pieniądze. Dlatego też jedno i drugie lobby zaangażowane jest intensywną kampanię piarowską. Obydwie strony starają się wykazać zalety własnego rozwiązania, przedstawiając jednocześnie wady projektu konkurentów.
Największe kontrowersje dotyczą zagrożenia pożarowego, jakie zdaniem lobby „dwutlenkowego” stwarza HFO 1234yf. Niewątpliwą przewagą CO2 nad nowym czynnikiem syntetycznym jest całkowita niepalność, o czym najlepiej świadczy fakt, że dwutlenek węgla jest powszechnie wykorzystywany jako środek gaśniczy. Tymczasem konkurencyjny HFO 1234yf określany jest przez swoich producentów jako „średniopalny”. Do jego zapłonu dochodzi w temperaturze 405°C. W internetowym serwisie „Youtube” można znaleźć filmiki, przedstawiające eksperymenty mające potwierdzić, że HFO 1234yf jest środkiem niebezpiecznym, zwiększającym ryzyko pożaru.
Koncern Daimler przeprowadził badania, z których wynika, że ryzyko zapłonu nowego czynnika podczas wypadku jest duże. Do tego w kontakcie z wodą podczas gaszenia płonącego auta dochodzi do powstania kwasu fluorowodorowego, który jest substancją silnie żrącą, a jego opary są niezwykle toksyczne i przenikają do organizmu nawet przez skórę. W związku z tym koncern zapowiedział, że w jego autach instalacje z HFO 1234yf nie będą stosowane. Z kolei SAE, czyli Towarzystwo Inżynierów Motoryzacyjnych wspólnie z kilkoma innymi producentami pojazdów przeprowadziło badania, z których wynika, że środek jest bezpieczny.
Tańszy zamiast droższego?
Pozostaje jednak jeszcze kwestia kosztów. Otóż monopol na dostarczanie na rynek czynnika HFO 1234yf mają dwa amerykańskie koncerny. DuPont oferuje go pod nazwą Opteon yf, a Honeywell – Solstice yf. Na dzień dobry okazało się, że chemiczni giganci mają problemy z uruchomieniem produkcji w takiej skali, by zapewnić zaspokojenie zapotrzebowania rynku. Obecnie czynnik jest już dostępny, ale jego cena jest obłąkana – HFO1234yf kosztuje 850 zł za kilogram. To właśnie wysoka cena sprawia, że nowe instalacje wchodzą na rynek z oporami. Co prawda niektórzy producenci już je w swoich nowych modelach wprowadzili, jednak inni wciąż sprytnie obchodzą unijne normy, stosując w nowych modelach samochodów układy, które były homologowane wcześniej i są przystosowane do czynnika R134a.
Zamieszanie na rynku czynników chłodzących wpływa nieuchronnie na sytuację warsztatów. Do serwisowania układów z czynnikiem HFO1234yf należy bowiem mieć osobną stację, osobne oleje itd. To z kolei zwiększa radykalnie koszty działalności, które będą musieli odczuć klienci.
Jeśli ceny starego i nowego czynnika nie zbliżą się do siebie, na rynku usług warsztatowych nieuchronnie pojawią się oferty nabijania nowych układów klimatyzacji starym, tańszym czynnikiem. Z technicznego punktu widzenia jest to bowiem jak najbardziej wykonalne, choć niesie ze sobą konieczność pokonania kilku problemów, które jednak nie są nie do przeskoczenia. Można więc przypuszczać, że brukselscy prawodawcy staną przed kolejnym wyzwaniem.
