可能毁掉人类的家电技术:氟利昂制冷剂
1928年的一个下午,通用汽车公司(GM)找到了当时小有名气的化学家小托马斯·米基利,沟通商讨为自家品牌开发一款新型的制冷技术,起因是在1893年芝加哥博览会上展出的冰箱发生爆炸从而发生火灾,导致10余位消防员死亡。因为当时家电制冷以氯甲烷等混合物为主,这种化学物质有毒且易燃,所以甲方想尝试使用一种新的技术。小托马斯·米基利当即答应下来,并在元素周期表上反复思索。终于,他发现了氟,但氟本身具备很强的毒性,所以米基利经过一系列的研究,弄出了另一个元素:氟利昂。
氟利昂具备较强的化学稳定性,不燃不爆、无味无毒无刺激性,且价格低廉易于生产,按当时的话说,绝对是人类之光,小托马斯·米基利也因此获得了1937年化工协会颁发的珀金奖章,但是,这一切只是开始。
谈氟色变,技术的背面也有阴影
氟利昂的应用场景相当之广,凡是和家电制冷技术沾边的基本都需要氟利昂,另外在发泡剂、清洗剂、泡沫塑料、消防器材等领域都需要氟利昂的加持。
但是,经过科学家的研究发现,氟利昂具备非常致命的问题,就是制造人类生存困境(这个形容比较含蓄),说白了,氟利昂能够破坏臭氧层。
臭氧层的平均厚度为3毫米左右,虽然微薄,但却能阻挡太阳产生的紫外线辐射,避免地球上的动植物遭到破坏。
而氟利昂一旦释放,就会上升到1万米高空之上,通过紫外线的影响从而分解出氯原子,随后氯原子会游走在臭氧中并夺走臭氧分子中的氧原子,从而让臭氧丧失吸收紫外线的能力,如此周而复始,臭氧层将会慢慢消耗殆尽。
那么如果臭氧层消失,地球将会怎样?这个问题问的好,首先紫外线会使植物受阻,从而营养不良直至枯萎;海洋中的一些浮游生物死亡,导致海产下降;
还会杀死空气中的微生物间接导致人与动物的免疫力下降,增加皮肤癌与失明的几率。
据了解,臭氧层每减少万分之一,全球白内障的发病率将增加0.6~0.8%?这可能会造成上万人的失明。
按这个发展逻辑,氟利昂将会是威胁地球及人类的最强公敌,若是如此。,我们就没有预防措施或者彻底解决方案吗?当然不是,实际禁止及限制氟利昂的使用早在70年代联合国环境规划署就开始筹备一系列的保护臭氧层协议。
履行《蒙特利尔议定书》,如今效果怎么样?
实际上解决对臭氧的破坏问题大致有三条路可以走,一是完全被禁止使用;二是寻找其他技术作为替代;三是氟利昂无害化。
1987年46个国家签署了《蒙特利尔议定书》,开始逐步采取臭氧保护措施,明确限制售卖R11、R22等多种类型的氟利昂产量,1998年产量已经照之前减少了50%。
我国也于2004年11月出台《中国Halon/CFCs/CTC生产加速淘汰计划》,主动将自己的“禁氟大限”从原定的2010年提前至2007年,先后实现全氯氟烃、四氯化碳五大类受控用途的全面淘汰,研究报告显示,累计避免约230亿吨二氧化碳当量温室气体排放,减排效果显著。
目前,根据联合国的最新消息称,南极洲上空的臭氧层空洞已经开始慢慢修复,预计有望在2065年左右实现臭氧层的完全修复。这是整个人类社会的共同成果,值得雀跃。
R32、R410A、R290,未来的制冷技术谁抗大旗?
上面我们也提到,在限禁使用氟利昂的战役中,我们取得了显著成果,但是已经完全胜利了吗?谁又代替了氟利昂?
可以说,氟利昂还没有被代替或完全代替,但目前已经可以实现氟利昂无毒化。因为制冷技术对于人类来说十分重要,且家电产品(冰箱、空调)都是刚需,所以在技术迭代上,首先淘汰了氯氟烃类R11、R12等对臭氧层有破坏性的型号。
其次根据《蒙特利尔议定书》中的规定,氢氯氟烃类R22、R123等型号将在2030年前全面禁止使用,而R22相比R11对臭氧的破坏已经减少了大约95%以上。
目前主流制冷剂为氢氟烃类R32、R410A等,这些型号的特性是零破坏臭氧,接下来我们具体看一下参数:
(图片来源于知乎-猿某人)
首先工作压力一般是指高低压、单向压等阀门装置耐力强度增加,这对于管道的焊接、弯道要求上升,这意味着生产零件的难度随之上升。
R22显然工作压力小,但OPD值(臭氧损耗潜能)为0.05,也就是附有微量的臭氧层损耗,而另两个型号则完全没有,而GWP值(全球增温潜能)上,R32是相对较低的,综合三项数值来看,R32可以说是最佳选择!
另外容积制冷量越高,空调的管路尺寸以及效率就会越大,这样制造成本上会更便宜,这样看R32显得非常完美?
也不尽然,在安全等级上,R32是可燃的,这样会在一定程度上造成安全威胁,当然设备制造越严谨,这种问题出现的概率会越小甚至没有,只不过成本会上升,包括在工作压力上的要求,R32可能天然就要往中高端位置走了,目前一些品牌也在使用这一技术,可以在商品参数中查看到。
当然也有类似R290这样更加环保、节能的制剂(丙烷),丙烷是液化石油气的组成本分,当然缺点是更易燃,并且如果泄露会对人体产生麻醉效果,浓度高的则会引发窒息,当然,只有密封度高,此类安全隐患也可以避免。
写在最后:
本篇文章重点主要还是为大家普及一些家电方面的技术知识,而环保则是人类任重而道远的路,没有氟利昂,还是有噪音污染、空气污染、水污染等等。
我们要做的只有以人为本,多一些责任感,了解技术才能更好的运用技术,当你在选购冰箱空调的时候,多注意产品在环保材料上是否有无差池,当然一些大品牌在这方面做到肯定更加严谨,所以在选购时也还是在品牌间做以对比,享受科技带来的便利时,也保护我们生存的地球。
最后通告一下,小托马斯·米基利在1944年,被自己设计的绳索滑轮系统缠住致死,这或许是一种宿命。 九十年代初期,家里建了个小型冷库,储存苹果,知道了氟利昂这个名字 本帖最后由 gzhuli 于 2023-3-10 21:08 编辑
臭氧层的平均厚度为3毫米左右?一本正经的胡说八道,该不会是文科生用ChatGPT写的伪科普文章吧?
稍微有点脑子思考一下都会怀疑,怎么可能在几十公里的高空有那么一层3mm的超薄气体层存在?
臭氧层主要存在于15km~35km高空,厚度20km,平均浓度约10ppm,“平均厚度为3毫米左右”是按浓度换算出来的纯臭氧在1个标准大气压下的厚度。 这人还发明了四乙基铅, 哈哈 gzhuli 发表于 2023-3-10 21:02
臭氧层的平均厚度为3毫米左右?一本正经的胡说八道,该不会是文科生用ChatGPT写的伪科普文章吧?
稍微有点 ...
(引用自3楼)
我就觉得奇怪。。。3mm的空气层,该是多么的脆弱! 全球这么多闪电不会生成臭氧?? MYQQ2021 发表于 2023-3-10 20:31
九十年代初期,家里建了个小型冷库,储存苹果,知道了氟利昂这个名字
(引用自2楼)
豪
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