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悄無聲息、無休止的汽車制冷劑之爭
發布時間:2025-02-25   作者:Jim Motavalli
  • 維修工(gong)人手持監測(ce)工(gong)具檢查并修理汽車空調(diao)系統。(Shutterstock)
  • 目(mu)前,美國(guo)銷售(shou)的95%的新車(che)都使用(yong)R-1234yf制冷劑。(Chemours)
  • 密歇根州(zhou)的研究人員對雨水進行了測試(shi),以找出TFA在(zai)當(dang)地環(huan)境中的聚集位置和方式(shi)。(The Ecology Center)
  • 最近,一個(ge)環保組(zu)織聯盟對密歇(xie)根州雨水中被廣泛(fan)使用的(de)PFAS進行了調查,并于 2024 年 8 月報告說,三個(ge)取(qu)樣(yang)點中的(de)兩個(ge)TFA占(zhan)比最大,第三個(ge)取(qu)樣(yang)點中占(zhan)比靠前。(The Ecology Center)
  • 大(da)眾ID.4可(ke)配備使(shi)用R-744制冷(leng)劑(ji)(也稱為二氧化碳(tan))的熱泵。(大(da)眾)

幾(ji)乎所有在美國市場上出售的汽(qi)車均使(shi)用了四氟丙烯(R-1234yf)制冷(leng)劑,但歐盟目(mu)前(qian)正在醞釀(niang)關于該制冷(leng)劑的禁令,同時行(xing)業也在研究(jiu)諸如(ru)二氧化碳和丙烷等替代制冷(leng)劑。

據(ju)R-1234yf的(de)制造(zao)商科慕公(gong)司(Chemours)稱(cheng),自(zi)R-1234yf取(qu)代(dai)(dai)已被(bei)廣(guang)泛使(shi)用(yong)的(de)四氟乙(yi)烷(R-134a)以(yi)來(lai),其(qi)使(shi)用(yong)量大(da)幅增長,且目前已用(yong)于美(mei)國市場95%的(de)新(xin)車中。據(ju)估計,全(quan)球道路上(shang)約2.2億輛(liang)汽車正在使(shi)用(yong)R-1234yf。被(bei)淘(tao)汰的(de)R-134a自(zi)上(shang)世紀90年代(dai)(dai)開始廣(guang)泛應用(yong)于汽車和卡車中,但美(mei)國環境保護署(EPA)的(de)數據(ju)顯示,這種氣體冷卻劑(ji)存(cun)在一個問題,即“其(qi)全(quan)球增溫潛勢(shi)(GWP)高達二(er)氧化碳的(de)1430倍。”

自2017年(nian)起,歐盟法(fa)規禁止(zhi)在新車中使用(yong)(yong)GWP超過150的(de)任何制(zhi)冷(leng)劑(ji)。這一規定導(dao)致R-134a遭到淘汰,但同時也為GWP僅為4的(de)R-1234yf敞(chang)開了(le)大門。不過,歐盟目前(qian)正重(zhong)新審視R-1234yf的(de)排放(fang)規定,并可能在未來幾年(nian)內發(fa)布相關禁令。但在美國(guo)市場上,EPA仍支持(chi)使用(yong)(yong)R-1234yf制(zhi)冷(leng)劑(ji)。
關(guan)于制(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)(ji)的爭議由來(lai)已久。早(zao)在2015年,歐盟委(wei)員(yuan)會曾因德國允許汽車制(zhi)造(zao)商使(shi)(shi)用(yong)被禁制(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)(ji)而將其告上歐洲(zhou)法院。當(dang)時,戴姆勒公(gong)司辯稱,這是由于R-1234yf可(ke)能(neng)在前端碰撞中(zhong)引發(fa)火災(zai),他們才會使(shi)(shi)用(yong)被禁制(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)(ji),但(dan)歐盟表示:“其他汽車制(zhi)造(zao)商并未遇到這種(zhong)問題。”科慕公(gong)司稱R-1234yf是一(yi)種(zhong)“經過全方位測試(shi)的輕度易燃制(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)(ji)”,并援引了(le)(le)歐盟委(wei)員(yuan)會于2014年經科學評估通過的關(guan)于該制(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)(ji)的審批。梅賽德斯-奔馳目(mu)前仍(reng)支持使(shi)(shi)用(yong)該新型制(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)(ji),其發(fa)言人Pascal Becker向(xiang)SAE透露,公(gong)司已針(zhen)對(dui)使(shi)(shi)用(yong)R-1234yf制(zhi)冷(leng)(leng)劑(ji)(ji)的汽車“制(zhi)定了(le)(le)一(yi)套全面的安全策(ce)略,以(yi)降低其潛(qian)在的火災(zai)風險”。
除了易燃風險外,當R-1234yf在(zai)環(huan)境中降解(jie)時,是否也(ye)會引發嚴重的(de)健康問題?科(ke)慕在(zai)接受(shou)SAE采訪時堅(jian)定(ding)地維(wei)護了其(qi)產品(pin),宣稱該制(zhi)冷(leng)劑“的(de)全球(qiu)增(zeng)溫潛勢(shi)比上一(yi)(yi)代(dai)制(zhi)冷(leng)劑(R-134a)降低了99%,在(zai)不削弱制(zhi)冷(leng)劑性能(neng)的(de)同(tong)時還推動(dong)了全球(qiu)氣候目標的(de)實現。”但(dan)這并不能(neng)消解(jie)這一(yi)(yi)擔憂。
布(bu)里斯托大(da)學在2021年(nian)進行的(de)一項研究顯示(shi),R-134a和(he)R-1234yf均會導(dao)(dao)致有機三(san)氟(fu)乙酸(suan)(TFA)的(de)排(pai)放(fang),但R-1234yf在這方(fang)面的(de)危害更為嚴重(zhong)。研究發現,將R-134a替換為R-1234yf會導(dao)(dao)致“全球三(san)氟(fu)乙酸(suan)的(de)排(pai)放(fang)增加33倍,即從2015年(nian)R-134a排(pai)放(fang)產生的(de)65噸/年(nian)增加至R-1234yf排(pai)放(fang)當量產生的(de)2200噸/年(nian)。”
科慕(mu)公(gong)司稱“95%的三(san)(san)氟(fu)乙(yi)(yi)酸來(lai)(lai)自大自然”,部分來(lai)(lai)自“農業和制藥業等人為(wei)來(lai)(lai)源”。該公(gong)司還表示,“過去20年中(zhong)(zhong)的諸多(duo)獨(du)立(li)研(yan)究均證(zheng)實(shi)了人為(wei)來(lai)(lai)源的三(san)(san)氟(fu)乙(yi)(yi)酸并(bing)不會對環(huan)(huan)境或人類健康構成風(feng)險。”科慕(mu)公(gong)司援引聯合國環(huan)(huan)境規(gui)劃署(UNEP)在2022年的一項報(bao)告作為(wei)支撐,其中(zhong)(zhong)顯示人為(wei)制造的三(san)(san)氟(fu)乙(yi)(yi)酸在全球范圍內分布均勻。該報(bao)告稱:“三(san)(san)氟(fu)乙(yi)(yi)酸不太可能在其天(tian)然存在的地區(qu)對人類或環(huan)(huan)境構成風(feng)險,但(dan)該物質的排放會迅速(su)改變(bian)其在地表水(或土壤)中(zhong)(zhong)的濃度。通過監(jian)控環(huan)(huan)境中(zhong)(zhong)殘留的三(san)(san)氟(fu)乙(yi)(yi)酸的濃度變(bian)化,我們可判斷(duan)出其是(shi)否(fou)在環(huan)(huan)境中(zhong)(zhong)迅速(su)增(zeng)加(jia),并(bing)據此獲得早期預(yu)警。”
這(zhe)項聯合國發布的(de)報告證實三氟(fu)(fu)(fu)乙酸可以長(chang)期(qi)(qi)保持穩(wen)定,且不(bu)會(hui)構成(cheng)嚴重威脅。報告稱:“由(you)于不(bu)易(yi)發生(sheng)(sheng)反(fan)應(ying),三氟(fu)(fu)(fu)乙酸鹽(yan)(yan)可在(zai)環(huan)境中長(chang)期(qi)(qi)存(cun)在(zai)。雖然其半(ban)衰期(qi)(qi)的(de)估測值尚(shang)未得(de)出,但(dan)這(zhe)個數值可能(neng)長(chang)達數百年或數千年。鑒于此,我(wo)們無(wu)需對(dui)三氟(fu)(fu)(fu)乙酸的(de)長(chang)期(qi)(qi)穩(wen)定性過(guo)分(fen)擔憂,因為該(gai)物質不(bu)會(hui)與生(sheng)(sheng)物分(fen)子發生(sheng)(sheng)反(fan)應(ying)。三氟(fu)(fu)(fu)乙酸及三氟(fu)(fu)(fu)乙酸鹽(yan)(yan)易(yi)于被動物排出體外(wai),因此不(bu)會(hui)在(zai)食物鏈中逐級累積(ji)。此外(wai),三氟(fu)(fu)(fu)乙酸鹽(yan)(yan)對(dui)動物和(he)植物的(de)毒性較(jiao)低。”
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EPA的立場(chang)
EPA在(zai)接(jie)受SAE采(cai)訪時表(biao)達(da)了相(xiang)似的(de)立場(chang),認為三(san)氟乙(yi)酸(suan)(suan)“不會(hui)與生物分(fen)子相(xiang)互作(zuo)用(yong),而且由于在(zai)水中的(de)溶解度較高,該物質不會(hui)導致生物累積(ji),因(yin)此不太可能(neng)對(dui)陸生生物和水生生物造(zao)成不良影(ying)響。”EPA還(huan)表(biao)示,即使R-1234yf的(de)使用(yong)量較高,其(qi)排(pai)放的(de)三(san)氟乙(yi)酸(suan)(suan)濃度“仍遠低于造(zao)成不良影(ying)響的(de)閾值”。

EPA研究了(le)(le)二氧化碳作為制冷劑替代方(fang)案(an)的(de)可行(xing)性,并得到(dao)了(le)(le)積極的(de)結論(lun)。該環保機構表(biao)示其仍在“繼(ji)續評估(gu)適用于機動(dong)車空調領域中的(de)新(xin)型制冷劑替代方(fang)案(an)。”

環保組織并(bing)未因此消除對(dui)三氟(fu)乙酸(suan)累積的擔(dan)憂(you)。密歇根州安娜堡生態中心的研究總監Jeff Gearhart在(zai)(zai)接受SAE采(cai)訪時質疑(yi)道:“既然(ran)汽(qi)車制造商有能力識別出引發公眾擔(dan)憂(you)的新興化學物質,那(nei)么他們當初(chu)為(wei)何還要使(shi)用R-1234yf呢?汽(qi)車制造商的選擇導致我(wo)們在(zai)(zai)還未識別出其(qi)潛(qian)在(zai)(zai)風險時,就(jiu)使(shi)三氟(fu)乙酸(suan)成為(wei)了全球性污染物。”

新澤西州公共衛生與(yu)養老部將三氟乙酸(suan)描述為一種在(zai)接觸時(shi)“可(ke)(ke)能嚴(yan)重刺(ci)激和(he)灼傷(shang)皮膚與(yu)眼睛,并(bing)可(ke)(ke)能造成眼睛損傷(shang)”,同時(shi)伴隨“咳(ke)嗽、氣喘和(he)/或呼吸急促”的(de)(de)“腐蝕性化(hua)學物質”。德國(guo)咨(zi)詢(xun)與(yu)工程公司(si)Refolution Industriekälte GmbH曾在(zai)2021年指出:“飲用水中的(de)(de)三氟乙酸(suan)可(ke)(ke)能會(hui)損傷(shang)肝臟(zang),并(bing)產生其他影響(xiang),例(li)如(ru)影響(xiang)激素系統。”
EPA宣布,自2021車型年(nian)起,禁(jin)(jin)止在新(xin)車上使(shi)用(yong)R-134a制冷劑,但尚未(wei)發布任何關于R-1234yf的禁(jin)(jin)令(ling),也未(wei)將其歸為含全(quan)氟和(he)(he)多(duo)(duo)氟烷基物質(zhi)(PFAS)的化學品。然而,咨(zi)詢公司(si)Ducker Carlisle的一(yi)項研究(jiu)表明:許多(duo)(duo)OEM和(he)(he)熱(re)管(guan)理(li)供應商(shang)均預測歐(ou)盟將在2030年(nian)前推出一(yi)項R-1234yf禁(jin)(jin)令(ling)。該研究(jiu)報告稱,歐(ou)洲化學品管(guan)理(li)局(ju)(European Chemical Agency)正在審核(he)一(yi)項將R-1234yf列入禁(jin)(jin)用(yong)化學物質(zhi)清單的提案。
EPA并(bing)未回應SAE就該(gai)事項提出(chu)(chu)的咨(zi)詢。然而,2023年向(xiang)歐洲議會呈遞的一份請愿書(shu)提出(chu)(chu)了禁用R-1234yf,并(bing)將二(er)氧化碳作為替(ti)代方案。今(jin)年,歐洲議會表示其正在(zai)考慮限制R-1234yf的使用。
汽車行(xing)業也在積極研究R-1234yf的(de)替代方案。博世(shi)公司熱管理工程總監Dana Nicgorski向SAE透露:“目前,全球(qiu)尚未統一PFAS的(de)定義,但是歐洲對PFAS的(de)定義涵蓋(gai)范圍更廣。即(ji)便EPA沒(mei)有發布(bu)禁令,一些公司也可能會主動(dong)采用天(tian)然(ran)制冷劑作為(wei)替代方案。”
博世正在研究將二氧化(hua)碳和(he)丙(bing)(bing)烷(wan)作為未來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)制冷劑(ji)。Nicgorski表(biao)示(shi):“空調(diao)和(he)熱泵(beng)行(xing)業(ye)正在推廣丙(bing)(bing)烷(wan)制冷劑(ji),我們認為汽車行(xing)業(ye)也將緊隨其(qi)后。”他還補(bu)充道,丙(bing)(bing)烷(wan)具有“更優(you)越(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)熱力學性(xing)能”,而且(qie)由于(yu)丙(bing)(bing)烷(wan)制冷系(xi)(xi)統(tong)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)組件(jian)數量較(jiao)少,“其(qi)成本可(ke)(ke)能比使(shi)用(yong)1234yf的(de)(de)(de)(de)(de)制冷系(xi)(xi)統(tong)低”。丙(bing)(bing)烷(wan)的(de)(de)(de)(de)(de)成本優(you)勢可(ke)(ke)能會(hui)(hui)減輕汽車行(xing)業(ye)對(dui)(dui)采用(yong)新(xin)型制冷劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)顧(gu)慮,但是改用(yong)丙(bing)(bing)烷(wan)的(de)(de)(de)(de)(de)過程可(ke)(ke)能會(hui)(hui)產生高(gao)昂(ang)的(de)(de)(de)(de)(de)成本。雖然燃燒丙(bing)(bing)烷(wan)會(hui)(hui)引發氣候問題,但氣態丙(bing)(bing)烷(wan)的(de)(de)(de)(de)(de)GWP并(bing)不(bu)高(gao)。丙(bing)(bing)烷(wan)的(de)(de)(de)(de)(de)泄漏問題也需得到(dao)重視,但Nicgorski指出(chu),當(dang)今的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)封式空調(diao)設備對(dui)(dui)比皮帶驅動系(xi)(xi)統(tong)這樣的(de)(de)(de)(de)(de)排放(fang)設備也不(bu)可(ke)(ke)同日而語。
2024年9月,在(zai)柏(bo)林舉行(xing)的(de)ATMOsphere制(zhi)冷(leng)劑替(ti)代(dai)方案大會上,柏(bo)林工業大學熱(re)傳遞與熱(re)轉換系主任Stefan Elbel表(biao)示:“時間將會檢驗丙烷和二氧化碳哪種(zhong)會成為更優的(de)替(ti)代(dai)方案。但從環保(bao)的(de)角度看,兩者相差無幾,均可(ke)作為良(liang)好的(de)制(zhi)冷(leng)劑替(ti)代(dai)方案。”
EPA對(dui)此(ci)持保留意見,并在書面文(wen)件中指出:“丙烷(wan)等烴(jing)類(lei)制冷(leng)(leng)劑(ji)極易燃燒,而且(qie)根(gen)據《清(qing)潔空(kong)氣法(fa)案》(Clean Air Act)和EPA通過的(de)(de)《重要(yao)新替(ti)代(dai)品政策(ce)》(SNAP)計劃(hua),烴(jing)類(lei)制冷(leng)(leng)劑(ji)不可(ke)作為汽車空(kong)調的(de)(de)替(ti)代(dai)方案,因(yin)為使(shi)用(yong)此(ci)類(lei)制冷(leng)(leng)劑(ji)……可(ke)能引發火災或(huo)爆炸(zha),造成人身傷害和財產損(sun)失。它還可(ke)能使(shi)汽車保修變成一紙空(kong)文(wen)。”
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已推出的(de)替代方案
大眾集團自(zi)2020年開始為(wei)ID.3、ID.4以及奧(ao)迪Q4 etron車(che)型提供(gong)采用二(er)(er)氧化(hua)碳作為(wei)制(zhi)冷劑且不含PFAS的(de)熱(re)泵(beng)(beng)系統。同時,福特在(zai)大眾MEB平臺上打造的(de)純電動版探險者(zhe)也提供(gong)了二(er)(er)氧化(hua)碳熱(re)泵(beng)(beng)系統作為(wei)可選方(fang)案。福特認(ren)為(wei)丙烷(代號(hao)R290)將(jiang)成(cheng)為(wei)下一代熱(re)管理系統的(de)最佳制(zhi)冷劑。

旨在(zai)推(tui)動制(zhi)(zhi)冷行業清潔化(hua)的(de)全球性組織ATMOsphere的(de)資深編(bian)輯Michael Garry表示:“二氧化(hua)碳被視為[R-1234yf](尤(you)其在(zai)電動車熱泵領域)最具替(ti)代潛(qian)力的(de)天然制(zhi)(zhi)冷劑。丙烷也被視為一種天然制(zhi)(zhi)冷劑替(ti)代方(fang)案,但(dan)在(zai)該領域中的(de)關注度較低。”

代表(biao)20多(duo)家(jia)汽車制(zhi)(zhi)造商的(de)美國(guo)汽車創(chuang)新聯(lian)(lian)盟(meng)(The Alliance for Automotive Innovation)對(dui)于(yu)歐洲(zhou)可能(neng)出臺的(de)R-1234yf禁(jin)(jin)令不與(yu)置評,而是(shi)向公眾提及了聯(lian)(lian)盟(meng)在2023年明尼蘇達州(zhou)考慮(lv)出臺PFAS法規之際(ji)向該(gai)州(zhou)污染(ran)控制(zhi)(zhi)局提交的(de)一封信(xin)函。該(gai)聯(lian)(lian)盟(meng)表(biao)示:“如果明尼蘇達州(zhou)即將出臺的(de)PFAS法規禁(jin)(jin)止聯(lian)(lian)盟(meng)成員在其生(sheng)產的(de)汽車中使(shi)用目前的(de)制(zhi)(zhi)冷劑,那么(me)OEM可能(neng)必須對(dui)其近期升(sheng)級的(de)汽車空調系統和汽車進(jin)(jin)行(xing)大(da)幅度(du)重新設計和改造,甚(shen)至可能(neng)需要改造舊版汽車。因此,需要對(dui)PFAS的(de)定義進(jin)(jin)行(xing)修改,才能(neng)將R-1234yf等制(zhi)(zhi)冷劑排除在外(wai)。”
如果三氟乙酸被正式列為PFAS,那么在已頒布PFAS禁(jin)令(ling)的(de)州(zhou)使(shi)用該物質(zhi)將構成違法行為。雖(sui)然加州(zhou)實施(shi)的(de)PFAS禁(jin)令(ling)堪稱(cheng)全美最(zui)嚴(yan)禁(jin)令(ling)之(zhi)一,但(dan)緬因(yin)州(zhou)才是(shi)首(shou)個(ge)禁(jin)止銷售故意添加PFAS的(de)產品的(de)州(zhou),且(qie)該州(zhou)計劃(hua)于(yu)2040年開始著手解決制冷劑問題。
哈(ha)佛大(da)學(xue)(xue)工程與應用科學(xue)(xue)學(xue)(xue)院博士后研究員Heidi Pickard曾研究過三(san)氟乙(yi)酸(suan),她表示:“目(mu)前(qian)使用的許多制冷劑……均會降(jiang)解(jie)為三(san)氟乙(yi)酸(suan)等短鏈(lian)PFAS,并在環境中(zhong)不斷積累。歐洲正在推動關于PFAS化學(xue)(xue)物質(zhi)的禁令,但(dan)其中(zhong)是否包(bao)含三(san)氟乙(yi)酸(suan)不得(de)而(er)知。

歐洲汽車(che)制(zhi)造商協會(The European Automobile Manufacturers’ Association)在(zai)2023年發(fa)(fa)布(bu)的一份(fen)報告中指出,將R-1234yf系統替換(huan)為(使用(yong)二氧化(hua)碳的)R-744系統會導致每臺(tai)汽車(che)的空調成本上漲300歐元(yuan)(334.73美元(yuan))。該報告稱:“更換(huan)制(zhi)冷劑(ji)意味著歐盟汽車(che)制(zhi)造商每年的制(zhi)造成本將增加17億歐元(yuan)(18.9億美元(yuan)),從(cong)而導致其在(zai)全球市場上失去競(jing)爭力。”報告還預測,更換(huan)制(zhi)冷劑(ji)將引發(fa)(fa)零部(bu)件短缺的問題(ti)。

 

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