温室气体也能制冷？

冒晓立（可道｜ 以载道观察员）

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不幸中的万幸

也是在去年，我的一个远房亲戚也遭遇了一场世界级的批斗大会，它叫HFC（氢氟烃类）。这个在卢旺达召开的大会是《蒙特利尔议定书》的缔约方大会。按说这个大会是专门批斗破坏臭氧层的坏家伙的，这次却因我这个远房亲戚跟我这个温室气体家族沾了边而遭到了排挤。作为几乎对臭氧层无破坏力的HFC，就这样被列入了国际黑名单。作为制冷剂家族中的明星，HFC一直以来都主导制冷剂市场。要知道，整个制冷剂家族中一大半都是在《蒙特利尔议定书》黑名单上的。当初鉴于其对臭氧的冷淡，HFC而异军突起，无异于拯救了整个氟利昂制冷剂家族。在它也开始回顾前半生，思考未来的时候，我却看到了希望。你们肯定想不到，我还有一个身份，是制冷剂呢。

把我归类为温室气体，是基于我吸收太阳短波辐射的能力，而我们能制冷是源于液化往汽态蒸发过程的吸热。如果你有打针的经历就知道，皮肤上涂完酒精，会很快感到凉飕飕的，这是易挥发的酒精从液体变成气体吸收了热量。虽然在一定的条件下，所有物质蒸发都能吸热，但是要想成为制冷剂还得具有更优越的条件，比如安全可控、经济易得等等。而最最重要的，是热潜能大。它们氟利昂家族的成员个个制冷能力强，却因控制不住对臭氧的兴趣，最终家族没落只剩下HFC和其他几个小弟撑门面。我在制冷剂家族中一直很低调，但我却也不比他们差。有人做了张表细数了我（制冷剂家族里我叫R744）同其他制冷剂相比的优劣势，你们感受一下。不仅经济易得、性质稳定、制冷能力强，又不对臭氧层构成威胁。最关键的是，在全世界都嫌弃我的时候，我证明了自己对人类还有利用价值。

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我的过去，今天和未来

仔细回忆起来，我在制冷剂行业里不算新人。我出道很早，19世纪90年代美国就把我用于一些大型冷藏系统的制冷。直到1919年前后，我才在空调系统中得到应用，从大型商场，走入教堂，走入办公室，最后甚至走入了住宅。记忆深处里最辉煌的年代，我曾被全世界四分之一的船舶用来制冷。后来，大约在1931年，由于氟利昂制冷剂的出现，它们较高的制冷效率、安全可控性和无与伦比的经济性，势如破竹般地迅速占领了制冷剂市场，我也默默地退出了这一舞台。正所谓风水轮流转，如今它们也不受待见了，我却被看好成为下一代制冷剂的代表。

然而我在制冷剂届的复出也不会是一帆风顺的。目前市场上对HFC的第一大需求方就是汽车空调，而如果用我去替代HFC用在汽车空调里技术上还有一定的难度。

从原理上来讲，制冷循环系统都大同小异，虽然根据系统的规模和使用的制冷剂的不同，小元件上略有差异。这个系统要做的事很简单，就是让制冷剂安全地在汽态和液态之间切换，并利用降温吸热的过程去冷却目标物体。汽车空调基本上和住宅用的空调是一回事，你看下面这个图就更明白啦：正常状态下的我会先经过压缩机变成液态，在冷凝器中降温并通过节流阀后恢复压强，这样液态低压的我会很难受，在蒸发器中突然释放自己回归汽态甚至过热的状态，并带走巨大的热量。有个小风扇对着这个冷冰冰的蒸发器往你车里吹，你就凉快啦，而我则再次进入压缩机开始新的制冷循环！

图1. 汽车制冷系统示意图和原理图

那么大家都说的技术难度在哪里呢？

据说是因为我在制冷时的工作压力（蒸发过程在临界状态下进行）和温度都比较高，这对其他元件的工作效率会产生较大的影响，从而影响整个制冷系统的效率 。这也是我早年辉煌时被氟利昂家族推下神坛的主要原因。另外还有一些对我存疑的专家指出，如果我作为制冷剂发生不同程度的泄漏进入车内封闭空间，可能对车内人的舒适度甚至是安全造成负面影响。当然，进一步的回应指出可以通过在车内安装二氧化碳浓度感应装置来应对这一问题。

如今，由于HFC面临着“气候变化党”的巨大压力，各大汽车厂商都纷纷出巨资帮我解决这一缺陷。譬如说奔驰吧，它就宣布今年开始在欧洲售卖的S系和E系车型就是用我做的制冷剂！除了奔驰、宝马、大众等公司也都将我作为下一代制冷剂的重点培养对象。只要有需求，技术的壁垒总有一天会被突破。所以，我对未来又重燃了希望。兴许，我还能为人类应对气候变化做点正面的贡献呢！

参考 献：

• 图1：① https://www.toyota-industries. com/company/items/c84f44dd422fbffc3c714b65e600b214.gif ②王洪利, 田景瑞, 马一太, & 王硕明. (2010). 自然工质 CO2 和三种氟利昂制冷剂性能对比. 河北理工大学学 (自科版), 32(3), 1-7.

• Maina, Paul, & Huan, Zhongjie. (2015). A review of carbon dioxide as a refrigerant in refrigeration technology. South African Journal of Science, 111(9-10), 01-10.

• 张会勇, 李俊明, & 王补宣. (2005). 过热度和高压压力对跨临界 CO2 汽车空调系统的影响. 清华大学学 (自然科学版), 45(11), 1573-1576.

• J. Amin, B. Dienhart, & J. Wertenbach. Safety Aspects of an A/C System with Carbon Dioxide as Refrigerant

• Glifford. Atiyeh. (2015). Global Cooling: Mercedes to Debut Air Conditioning with CO2 Refrigerant

冒晓立

马里兰大学公共政策学院硕士，现担任国际清洁交通委员会海洋项目政策研究员

审稿：张秦，潘嘉业，孙轶侬

可道 | 以载道编委会

孙轶侬

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