空調(diào)制冷劑與全球氣候變暖

付淑娥，郭岳達

（內(nèi)蒙古民族大學 法學與歷史學院，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

2022年8月15日，美國《國家科學院院刊》發(fā)表的一項研究表明，如果使用丙烷（R290）作為空調(diào)制冷劑，到21世紀末可以減少全球平均氣溫上升約0.1℃?？照{(diào)制冷劑的變遷史，充分反映了人類對空調(diào)制冷劑溫室效應認知的變化。在大力應對全球氣候變化的今天，厘清空調(diào)制冷劑在溫室氣體排放及全球變暖中的影響，尋找穩(wěn)定可靠的制冷劑替代品，已成為阻止全球平均氣溫上升的有效手段之一。

空調(diào)、溫室氣體排放與全球變暖

近年來，全球氣候變暖的趨勢愈發(fā)明顯。據(jù)報告，2022年6月的全球平均氣溫創(chuàng)下1979年以來的最高點。其中，處于高緯度的歐洲國家如英國、法國等出現(xiàn)了前所未有的40℃以上的高溫天氣，北美地區(qū)的多個城市的最高溫度甚至超過了42℃。在中國，高溫熱浪天氣也不斷出現(xiàn)，國家氣候中心的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，基于高溫熱浪天氣持續(xù)時間、平均強度及影響范圍等綜合考量，2022年是我國1961年以來有完整氣候記錄后的溫度最高的一年。

高溫熱浪天氣持續(xù)時間長、影響范圍廣，不僅會對經(jīng)濟社會發(fā)展和自然生態(tài)環(huán)境造成巨大危害，如高溫干旱使得河流枯竭、森林火災頻發(fā)、水力發(fā)電量銳減等，同時還會對人體健康造成直接傷害，如這個夏天世界多地出現(xiàn)了熱射病導致人們死亡的情況。全球氣候變暖的元兇是溫室氣體排放，除了二氧化碳這一溫室氣體之外，氫氟碳化合物（HFC）等其他的溫室氣體排放也是重要原因之一。HFC 是空調(diào)制冷劑的主體，特別是在發(fā)展中國家的空調(diào)產(chǎn)業(yè)中有著廣泛的應用，排放量每年在以10%的速度增長。

作為空調(diào)制冷劑的主體，HFC 排放量不斷增加的原因，是在極熱天氣下人們對空調(diào)使用量變大、使用時間加長所導致的。從1990年至今，全球空調(diào)的銷售量將近增加了2 倍，達到了16 億臺，其中半數(shù)銷在美國和中國。生活在地球上最熱區(qū)域的28 億人當中，人均擁有的空調(diào)覆蓋率也在不斷增長，其中日本達到了91%，美國為90%，韓國為86%，中國達到60%。人們不斷增長的制冷需求不僅導致了HFC 的大量排放，更為各國的電力系統(tǒng)帶來了巨大的壓力。在中東、美國的部分地區(qū)，如果出現(xiàn)極端高溫天氣，空調(diào)制冷的用電量通常會占到該建筑物用電量的70%以上。隨著全球平均氣溫的上升，高溫影響的范圍不斷拓寬，未來將會有更多的人有購買空調(diào)的動力，同時隨著收入的增長，也使得這一動力能夠轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。國際能源署（IEA）認為，未來30年內(nèi)，空調(diào)的使用量會大幅度飆升，空調(diào)數(shù)量將會激增至56 億臺，成為全球電力需求增長的主要推動力量之一。其中，中國、印度、印尼等國家用于制冷的電力將占到全球制冷電力的50%。

但其實，空調(diào)發(fā)明的初衷并不是為了人們應對高溫、提升生活舒適度。1902年的夏天，美國紐約的天氣極為濕熱，布魯克林地區(qū)的一家印刷廠受濕熱天氣困擾，導致其印刷的紙張變形，油墨干的速度變慢。為此，這家印刷廠就請當時專門制作風箱的水牛城鍛造公司為其設計一個可以控制空氣濕度的系統(tǒng)。該公司研發(fā)部的威利斯?開利根據(jù)印刷所需的溫度與濕度，設計出“空氣處理儀”，讓空氣凝結(jié)出水，然后集中排出，將空氣濕度穩(wěn)定在55%左右，從而成功解決了印刷廠油墨不干、紙張變形等問題。這種空氣處理儀后來經(jīng)過改良后，就成為人們?nèi)缃裆钪胁豢扇鄙俚目照{(diào)。

經(jīng)過一百多年的發(fā)展，空調(diào)已成為人們應對炎熱氣候的利器。但這一時代的“寵兒”也正在變成全球氣候變暖的元兇之一?？照{(diào)以兩種方式來影響氣候變化：一是使用空調(diào)時，需要消耗大量的電能，而發(fā)電過程本身會排放出大量的溫室氣體，只有那些使用可再生能源電力的情況下例外；二是空調(diào)中的HFC 制冷劑會大量泄漏到空氣中導致溫室氣體排放量增加。

當前，化石燃料發(fā)電依然是全球電力供給的主要方式。2018年，化石燃料的發(fā)電量占到了全球總發(fā)電量的65%，其中，煤炭占37%、天然氣占24%、石油占4%?；剂厦堪l(fā)一度電平均需要排放二氧化碳505 克。按此計算，全球空調(diào)一年所消耗的電力約為2 000 太瓦時，相當于非洲地區(qū)用電總量的2.5 倍，提供這些電能所排放的二氧化碳達到了11.3 億噸。到2050年，隨著空調(diào)使用量及使用頻率的增加，給空調(diào)提供電力供應所排放的二氧化碳將會達到22.8 億噸。如此巨量的二氧化碳排放，必然會進一步導致全球變暖，而溫度升高反過來又會促使更多的人安裝和使用空調(diào)，形成一種惡性循環(huán)。

HFC 作為空調(diào)制冷劑，目前幾乎是所有發(fā)展中國家的空調(diào)所使用的制冷劑，其原本是氯氟烴（HCFC）的替代品，如今已成為地球上排放量增長最快的溫室氣體之一。因HCFC 的泄露及排放會破壞臭氧層，1987年的《蒙特利爾議定書》禁止將其作為空調(diào)制冷劑，轉(zhuǎn)而用HFC代替。盡管HFC 泄露及排放不會破壞臭氧層，但其在地球氣候變暖中扮演了重要角色，其所造成的溫室效應是二氧化碳的近千倍?？茖W家認為，如果在接下來的100年來，繼續(xù)以HFC 作為空調(diào)制冷劑，僅其泄露所造成的溫室效應，就足以使得地球平均氣溫上升1℃。

無疑，人們在使用空調(diào)時，是給自己降溫，但卻是給地球加熱。在人們對空調(diào)等制冷設備需求量不斷增長的情況下，人為導致的氣候變暖問題將更加嚴峻。

空調(diào)制冷劑的變遷歷程

人們對制冷劑的認知，也是對制冷劑溫室效應變化的認知。在空調(diào)業(yè)發(fā)展歷史上，制冷劑始終是決定空調(diào)實用性和使用效率的關鍵因素。早期的制冷劑多是自然界中較為容易獲得或是較為容易制取的物質(zhì)，如二氧化碳、氨、乙醚等。但是這些制冷劑最后都因為實用性不足或使用效率不高而被淘汰，20世紀50年代，熱力性能更好的氟利昂成為制冷劑后，早期的制冷劑就退出了市場。

1929年，美國通用公司合成出二氯二氟甲烷（R12，即氟利昂-12），以后又相繼出現(xiàn)了R11、R22 等氟利昂系列鹵代烴化合物。這些有機化合物因無毒、不易燃燒且極具穩(wěn)定性，很快就取代了自然物質(zhì)制冷劑，大量用作家用空調(diào)、汽車空調(diào)、家用冰箱、小型冷庫等的制冷劑，到1970年初，鹵代烴化合物的年產(chǎn)量達到了近千萬噸，并呈持續(xù)增長態(tài)勢。但是，氟利昂作為化學性質(zhì)穩(wěn)定的人工合成物質(zhì)，在自然狀態(tài)下難以分解且能夠長時間存在，當其揮發(fā)后可一直擴散到平流層，能夠在平流層與臭氧層相遇。與臭氧層相遇后，因受到太陽光的強烈照射，含氟的氟利昂分子（氯氟碳化合物，CFC）就開始分解出游離氯原子，氯原子進而催化分解臭氧分子。隨著氯原子的不斷釋放，臭氧分子不斷被催化分解，從而使得臭氧層遭到破壞，變得稀薄。而因為氟利昂的大量使用，南極、青藏高原上空的臭氧空洞日漸擴大。

替代CFC 的是HCFC，在空調(diào)制冷中運用最廣泛的是HCFC 中的R22，該制冷劑自1936年問世以來就以其優(yōu)越的性能獲得了廣泛的應用。但是，同樣因其對臭氧層的破壞性及其自身較高的溫室效應值，R22 分別在1987年被《蒙特利爾議定書》、1992年被哥本哈根氣候變化大會列入逐步禁用的范圍，到1995年的維也納氣候會議明確了其禁用的日程，直到2010年被全部淘汰。

過去30年來，全球在削減HCFC 排放方面取得了明顯成效，從而避免了臭氧層被進一步破壞。目前，在全球范圍內(nèi)替代HCFC 的主要是HFC，以中國為例，全球80%以上的空調(diào)產(chǎn)能都集中在中國，而以R32 和R410A 為代表的HFC 已成為應用最廣的制冷劑。HFC雖然對臭氧層無害，但其GWP 值（全球變暖潛能值）很高，已成為近年來排放速度增加最快的溫室氣體之一。而隨著全球平均氣溫的不斷升高，管控具有明顯溫室效應的排放物及尋求其替代品成為遏制全球氣候變化的重要措施，因此尋求HFC 的替代品也成為當務之急。

歐盟作為全球應對氣候變化行動的領導者，近年來飽受高溫天氣影響，因此一直在致力于推動削減HFC 的用量與排放。2022年4月，歐盟委員會公布了新的氟化氣體F-gas 法案，作為執(zhí)行《基加利法案》的基礎，該法案特別注重對HFC 等非二氧化碳溫室氣體排放的控制。按照F-gas 法案的規(guī)定，R32 作為空調(diào)制冷劑的使用時間只能持續(xù)到2025年，此后用R32 作為制冷劑的空調(diào)無法出口到歐盟地區(qū)。歐盟削減HFC 等非二氧化碳溫室氣體排放的進程明顯要快于世界其他國家和地區(qū)。

而在全球變暖形勢日漸嚴峻的情況下，尋找更加實用、環(huán)保的制冷劑一直是空調(diào)行業(yè)發(fā)展面臨的重要問題，從R12、R22、R410A 到R32，空調(diào)制冷劑在過去百余年時間內(nèi)經(jīng)歷了多次更迭。R32 制冷劑雖然具備一定的可燃性，使得消費者對此有所顧慮，但其不會破壞臭氧層，同時具備相對較低的GWP 值及效率較高的制冷效果，已成為空調(diào)行業(yè)使用最多的制冷劑。但在遏制全球平均氣溫上升的背景下，任何具有GWP值的溫室氣體排放對于地球而言都是具有重大影響的。尋找更好的新型制冷劑，削減R32 的使用量及范圍就顯得極為必要。就當前科研人員的實驗及空調(diào)生產(chǎn)實踐看，天然工質(zhì)丙烷（R290）、丁烷（R600）都是較好的潛在替代品，這兩者的GWP 值均比R32 低很多，其中R290 在20年間積累的GWP 值僅為0.072，100年之內(nèi)的GWP 值也只有0.02；R600 的GWP 值就更低，100年也只有0.006。然而，這兩者與R32 相比，化學性質(zhì)不夠穩(wěn)定，具有易爆屬性，在一定程度上會加大普及和推廣的難度，對空調(diào)生產(chǎn)過程、品質(zhì)及安裝標準均提出了更高的要求。

丙烷制冷劑的應用及前景

2022年夏天在全球各地蔓延的40℃以上的高溫不斷刷新著歷史記錄，也加深了人們對于全球氣候變暖的認知。親身經(jīng)歷了如此酷熱天氣的普羅大眾，再也不會像以前那樣認為全球氣候變化距離自己很遙遠。遏制全球氣候變暖，減少高溫熱浪等各類極端天氣的出現(xiàn)頻率，已是世界各國共同面對的問題。HFC 作為空調(diào)制冷劑的用量在不斷擴大，排放及揮發(fā)到大氣中的量也不斷增加，這一具有明顯溫室效應的溫室氣體，自然應成為嚴格管控的對象。隨著《基加利法案》、歐盟F-gas 法案等的生效及實施，使得空調(diào)普及率不高的歐洲消費者對削減HFC有了更高的期待。高溫天氣的頻發(fā)以及政策因素的影響，尋求HFC 制冷劑的替代品已變得刻不容緩。令人欣慰的是，作為全球空調(diào)生產(chǎn)和消費最大的國家，中國以R290為代表的HFC 替代方案在技術上日漸成熟，在實踐中逐步落地，必將能夠為全球削減HFC 做出應有的貢獻。

2021年9月，《基加利法案》正式在中國生效。按照這一法案確立的HFC 削減時間表，中國應在2024年將HFC 的消費量削減到凍結(jié)基準線以下，從2029年開始逐步減少，到2045年將在凍結(jié)基準線水平上削減80%以上。自這一修正案在中國生效以來，中國政府相關部門就已經(jīng)開始就修正案要求的削減目標采取了切實的行動。2021年9月29日，生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)改委、工信部等三部門共同公布了修訂后的《中國受控消耗臭氧層物質(zhì)清單》。這份10年未能修改的清單此次做了較大的改動，在清單中新增了18 種HFC 受控物質(zhì)，包括作為空調(diào)制冷劑的R32 和R410A。從2021年10月份開始，中國各級生態(tài)環(huán)境部門已按照修訂后的清單要求，持續(xù)開展了受控物質(zhì)的專項執(zhí)法行動，使得中國削減HFC日漸步入法治化、規(guī)范化的軌道。2021年11月1日，HFC 進口許可證制度正式實施。按照這一制度要求，從事HFC 進出口業(yè)務的各類企業(yè)，需要按照《消耗臭氧層物質(zhì)進出口管理辦法》中的規(guī)定，經(jīng)生態(tài)環(huán)境部批準后向商務部申請進出口許可證，海關部門按照進出口許可證辦理通關。2021年12月，生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)改委、工信部聯(lián)合下發(fā)的《關于嚴格控制第一批氫氟碳化合物生產(chǎn)建設項目的通知》中要求，從2022年1月1日開始，各地不再新建、擴建通知中所列的用作制冷劑、發(fā)泡劑的HFC 化工生產(chǎn)線、生產(chǎn)項目，已經(jīng)通過環(huán)評報告審批的除外。由此而言，自從《基加利修正案》在中國生效以來，中國政府采取了切實的措施來管控和削減HFC 的進出口及生產(chǎn)。從這個角度看，中國空調(diào)的生產(chǎn)、消費、出口等也必將面臨削減HFC 的巨大壓力。

基于法律、政策及減少溫室氣體排放的實際要求，空調(diào)行業(yè)作為非二氧化碳溫室氣體排放的重要領域，需要推進制冷劑的替代及相關生產(chǎn)工藝的升級。R290 作為HFC 制冷劑的替代物，一直受到較高的關注。但要大規(guī)模的替代應用，在相關技術標準上還面臨障礙?？上驳氖?，2022年6月，國際電工委員會（IEC）修訂了R290 作為空調(diào)制冷劑的充注標準。按照這一新的國際標準，空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)以現(xiàn)有的技術手段，可將每臺空調(diào)R290 的最高充注量提升到988 克。這一標準的發(fā)布，徹底改變了過去R290 只能作為功率在2HP 以內(nèi)的家用空調(diào)制冷劑的歷史。R290 充注量提高之后，可以覆蓋全系列空調(diào)掛機，在理論上也可以用R290 充注到空調(diào)柜機上。隨著R290 作為制冷劑得到國際標準認可后，其在空調(diào)制冷劑方面的應用優(yōu)勢必將得到進一步的發(fā)揮，R290 空調(diào)的市場化步伐必將大大加速。

中國擁有全球最大的空調(diào)生產(chǎn)產(chǎn)能，對全球削減HFC 進程具有重大影響。只要中國空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)能夠切實推進技術革新和生產(chǎn)工藝升級，用R290 來替代HFC 作為制冷劑，不僅能夠直接減少HFC 的排放，還能帶動世界其他國家和地區(qū)空調(diào)制冷劑的替代進程。中國家用電器協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，截至2022年6月，制冰機行業(yè)的制冷劑幾乎全部換成了R290，R290 作為制冷劑的制冰機年產(chǎn)量達到150 萬臺；熱泵干衣機領域用R290 作為制冷劑的產(chǎn)品比重也在不斷上升，占到了行業(yè)產(chǎn)量的80%，年產(chǎn)量達300 萬臺。在歐洲地區(qū)，R290 作為制冷劑的除濕機、移動空調(diào)等生產(chǎn)規(guī)模也在不斷擴大。無疑，隨著R290 作為制冷劑在空調(diào)之外的其他領域和行業(yè)得到廣泛應用，必將進一步完善相關技術，使得R290 空調(diào)的安全性、低碳性能得到進一步提升。

從技術角度看，R290 是唯一能夠滿足《基加利修正案》要求的制冷劑。但是，因標準的限制、專業(yè)安裝和維修人員的不足，一直以來，R290 空調(diào)的市場化面臨著很多的挑戰(zhàn)。生態(tài)環(huán)境部對外合作與交流中心官員李小燕表示，當前，R290 空調(diào)的市場化推進依然是空調(diào)行業(yè)制冷劑替代發(fā)展的主要目標。盡管替代發(fā)展之路較為艱辛，但中國空調(diào)行業(yè)一直在開展R290 制冷劑的替代工作，并取得了較大的成績。

當前，中國已有20 多條家用空調(diào)生產(chǎn)線完成了R290 的技術改造和轉(zhuǎn)換。其中，在空調(diào)一體機領域，采用R290 的除濕機、移動機銷量增長較快，特別是歐盟的F-gas 法案實施以來，具有低碳環(huán)保、安全性較高的R290 空調(diào)一體機在歐盟市場上銷售大增。在分體機方面，自從IEC 修訂了R290 最高充注量標準后，R290的性能優(yōu)勢也得到了極大的發(fā)揮，相關應用有望得到擴展。這些工作使得R290 空調(diào)的市場化進程在加快。中國家用電器協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2021年年底，中國分體式空調(diào)銷售突破了20 萬臺，一體機銷售突破了100 萬臺。在海外市場，同樣也迎來了新的突破，以美的空調(diào)為例，早在2014年其生產(chǎn)的R290 空調(diào)就已經(jīng)進入了歐洲市場，截至2021年年底，超過150 萬臺的R290 空調(diào)進入了歐盟市場。2021年8月，美的集團All EASY 系列R290 分體式空調(diào)獲得了歐盟地區(qū)銷售許可證，第一批空調(diào)已經(jīng)運抵德國，且呈現(xiàn)良好的銷售勢頭。

早在2009年，美的集團就啟動了R290 空調(diào)的研發(fā)工作，成為行業(yè)發(fā)展的先驅(qū)。中山大學李廷勛教授表示，美的空調(diào)以構(gòu)建綠色供應鏈和產(chǎn)業(yè)鏈為目標，將綠色、低碳、環(huán)保作為空調(diào)生產(chǎn)的基本要求，通過不斷加大科研投入來推動R290 作為空調(diào)制冷劑技術的落地及R290 空調(diào)的市場化，是我國企業(yè)積極履行“雙碳”目標的重要表現(xiàn)。美的的探索是我國空調(diào)行業(yè)圍繞R290 技術應用研究和市場化發(fā)展的一個縮影。R290 空調(diào)的生產(chǎn)及市場化進程，再次表明R290 空調(diào)的安全性可靠，為R290 作為制冷劑在空調(diào)及其他制冷工業(yè)中的應用和推廣提供了相關的經(jīng)驗支撐。

與此同時，我國相關高校、科研院所、相關企業(yè)也圍繞R290 制冷技術的安全性、可靠性、制冷效果及能效消耗、核心零部件及其標準等開展了大量的研究和推廣工作，為R290 制冷技術的應用和市場化發(fā)展提供了有力支持。截至2021年年底，我國有近50 個地市建立了R290 空調(diào)安裝及維修機構(gòu)，已經(jīng)完成了對數(shù)萬名安裝和維修人員的培訓，大大夯實了R290 空調(diào)的安裝和維修隊伍；修訂了與R290 空調(diào)生產(chǎn)、安裝、使用等相關的國內(nèi)行業(yè)標準，以此推動了IEC 國際標準的修訂，使IEC 確立的最高充注量更加科學和嚴謹，為R290 空調(diào)的大規(guī)模市場化發(fā)展奠定了堅實的基礎。中國家用電器協(xié)會竇艷偉副秘書長表示，《基加利修正案》在我國的生效，與我國“雙碳”進程的推進具有較好地契合屬性，也大大推進了空調(diào)行業(yè)淘汰HCFC 和管控HFC 的進程，R290 空調(diào)的市場化必將使空調(diào)行業(yè)重新洗牌。

聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織蒙特利爾議定書處處長奧爾?尼爾森（Ole Nielsen）認為，中國空調(diào)行業(yè)以技術創(chuàng)新和實踐應用，為淘汰HCFC 和管控HFC 提供了有效的示范，這一符合國際環(huán)保標準的空調(diào)制冷技術和生產(chǎn)工藝，必將會吸引更多的國家和地區(qū)采用這種替代制冷技術，中國空調(diào)行業(yè)制冷劑的替代技術也將在全球低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更大的引領作用。