F-gaser: vet vi vilka de är?

Det har gått nästan hundra år sedan det ursprungliga syntetiska köldmediet uppfanns. Denna uppfinning blev till en katalysator för en utbredd användning av kyltekniken. Den ledde också till betydande miljöeffekter som resulterade i bildandet av ozonhål och en ökad växthuseffekt. Många år senare är vi nu i en process där vi lämnar CFC och HCFC-köldmedierna bakom oss för att gå över till mer miljövänlig kylning.

Freon och freoner

"Freon" är ett varumärke som ursprungligen gavs till diklordifluormetan-substansen. Det är mer allmänt känt som klorfluorkarbon (CFC) köldmedium R12. Senare, med utvecklingen av andra syntetiska köldmedier i CFC och HCFC-gruppen, användes Freon som ett varumärke för att hänvisa till andra köldmedier, inklusive R22. Freon har utvecklats i samarbete mellan General Motors och DuPont. DuPont (dess köldmedieutvecklingsenhet är för närvarande känd som Chemours) äger fortfarande varumärket "Freon" och planerar att förstärka detta varumärke genom att använda det för att identifiera alla köldmedier som de erbjuder idag.

Freon är ett välkänt varumärke och används fortfarande av allmänheten som en generell term för köldmedier. För oss är emellertid skillnaden mellan olika köldmedier av betydelse och under åren lärde vi oss att skilja på olika grupper av köldmedier, från CFC till HFO.

CFC, HCFC, HFC, HFO…

Dessa förkortningar avser var och en en specifik klass av kemisk substans som kan användas som köldmedier. Listan är inte absolut och andra förkortningar kan läggas till i denna lista (t.ex. PFC, HFE osv.). CFC, HCFC, HFC och HFO syntetiseras från kolväten (t ex metan, etan) genom att ersätta en eller flera väteatomer med fluor eller klor-atomer, vilket förändrar egenskaperna hos köldmediemolekylen.

CFC står för klorfluorkarbon. Denna kategori avser ämnen som består av klor, fluor och kol. Det ursprungliga freonet, R12, är ett CFC och innehåller en kolatom kopplad till två kloratomer och två av fluoratomer. Det är således en molekyl av metan, där alla väteatomer ersattes av fluor och klor.

Var och en av komponenterna i molekylen R12 bidrar till dess egenskaper. Till exempel är fluor känt för att bilda en mycket stabil bindning med kol och leder sålunda till en lång livslängd hos molekylen. Med tanke på livslängden hos R12 finns viss mängd freoner fortfarande i atmosfären och påverkar ozonskiktet.

Ozonnedbrytningspotentialen för en CFC-molekyl beror på närvaron av klor i dess sammansättning. Klor fungerar som en katalysator för att omvandla ozon till syre. I ren form är det instabilt och skulle reagera med något annat element innan det når stratosfären, atmosfärens yttersta skikt. Men CFC-molekylerna är tillräckligt stabila för att nå den övre atmosfären, där de slutligen sönderdelas av UV-strålningen så att klor frigörs och fungerar som katalysator vid sönderdelningen av ozon vilket bidrar till ozonhålets tillväxt. Sedan 90-talet är användningen av CFC-ämnen förbjuden genom Montreal-protokollet för att mildra ozonförlusten i stratosfären.

HCFC (hydroklorfluorkarbon) är en annan kategori av ämnen som har utvecklats för att ersätta CFC. Jämfört med CFC har HCFC minst en väteatom i molekylen vilket bidrar till att göra dessa ämnen mer reaktiva och de får därmed kortare livslängd i atmosfären. Eftersom de fortfarande är ozonnedbrytande betraktas de som övergångsköldmedier under övergången till mer miljövänliga köldmedier. Användningen av HCFC är nu avsevärt minskati EU, medan de fortfarande är vanligt förekommande i utvecklingsländer.

HFC (fluorkolväten) köldmedier innehåller inte klor och bryter därför inte ner ozonskiktet. De infördes för att ersätta CFC- och HCFC- köldmedierna. Deras generellt höga bidrag till den globala uppvärmningen var känd vid tidpunkten för deras introduktion på marknaden men förbisågs till förmån för deras andra egenskaper, som till exempel icke-brännbarhet. HFC är nu allmänt förekommande men dess användning kommer att minska i framtiden på grund av oron för den globala uppvärmningen.

HFO är en annan ny förkortning som används i stor utsträckning idag. Den står för hydrofluorolefiner - omättade organiska föreningar som består av väte, fluor och kol. Således är HFO:er faktiskt HFC, men marknadsförs annorlunda för att skilja dem från den HFC som ska fasas ned. För att stärka denna slutsats kan det nämnas att större köldmedieproducenter främjar det nya köldmediet R1233zd(E) som HFO [1], trots att det finns klor i dess sammansättning. R1233zd(E) är således HCFC eller HCFO, och namngivning med HFO-klassen vilseleder läsaren i förståelsen för dess reella egenskaper. Att dessa föreningar är omättade betyder att de har en dubbelbindning i kolvätekedjan. Denna bindning gör molekylen mer reaktiv, vilket väsentligt kortar tiden innan den sönderdelas i atmosfären. Den kortare livstiden innebär lågt bidrag till växthuseffekten.

F-gaser i F-gasförordningen

Alla ovan beskrivna ämnen är f-gaser, eftersom dessa är gaser som innehåller fluor. Definitionen av f-gaser är dock inte enhetlig från förordning till förordning. Varken det ursprungliga Montreal-protokollet eller Kyoto-protokollet definierar fluorerade gaser. Termen "fluorerad växthusgas" har definierats i den ursprungliga förordningen om vissa fluorerade växthusgaser [2], som ofta kallas F-gasförordningen.

Enligt den nuvarande F-gasförordningen avses med "fluorerade växthusgaser: fluorkolväten, perfluorkarboner och svavelhexafluorid och andra växthusgaser som innehåller fluor, enligt förteckningen i bilaga I, eller blandningar som innehåller något av de ämnena"[3]. 19 HFCer, 7 perfluorkarboner och svavelhexafluorid är upptagna i bilaga I och anses därför som fluorerade växthusgaser genom F-gasförordningen. Det bör noteras att HFO:er inte finns i denna lista och därmed inte räknas som "fluorerade växthusgaser" enligt gällande F-gasförordningen.

HFO, tillsammans med andra fluorerade gaser (mest fluorerade etrar och andra perfluorerade föreningar) nämns också i F-gasförordningen. Dessa gaser bör rapporteras till Europeiska kommissionen om de produceras, importeras, exporteras, förstörs i stora mängder (1 ton eller 100 ton koldioxidekvivalenter). HFOer är således undantaget från F-gasförordningens utfasningsmekanism.

F-gasförordningens utfasningsmekanism, som fastställer maximal kvantitet köldmedium (räknat i koldioxidekvivalenter) som får placeras på den europeiska marknaden varje år, tillämpas endast på HFC enligt definitionen i förordningen: " ämnena som anges i förteckningen i avsnitt 1 i bilaga I, eller blandningar som innehåller något av dessa ämnen ". Med andra ord ställs kravet på 19 HFC-ämnen och blandningar som innehåller någon av dem. Identisk förteckning över ämnen anges i Kigali-tillägget till Montrealprotokollet [4].

Ozonnedbrytande ämne som nytt miljövänligt köldmedium?

Montrealprotokollet anses ofta som det mest framgångsrika internationella avtalet hittills. Det ledde till en fullständig avveckling av ozonnedbrytande ämnen i utvecklingsländerna och kräver sådana åtgärder även från utvecklingsländerna. Faktum är dock att utformningen av Montrealprotokollet tillåter för närvarande att ett ozonnedbrytande ämne kan nyttjas och marknadsföras som ett nytt miljövänligt köldmedium. Här kan nämnas köldmedium R1233zd(E) som marknadsförs av Honeywell som Solstice® zd - "icke brännbar, ultra-låg GWP-ersättning för R-123 i lågtryckscentrifugalkylare".

Det kemiska namnet på R1233zd(E) är trans-l-klor-3,3,3-trifluorpropen. Klor i kompositionen av R1233zd(E) antyder ozonnedbrytningspotentialen (ODP) hos detta köldmedium. Det är inte heller ett HFO-köldmedium, till skillnad från vad Honeywell säger [1]. Det är snarare HCFC-köldmedium, eller HCFO, som det nämns i den vetenskapliga litteraturen [5].

ODP för detta köldmedium är bestämt till 0.00034 [6], vilket refereras till som 0.000 av Honeywell i deras jämförelse med alternativ (motsvarande värde ges till R245fa, det är ett HFC-köldmedium och har ingen ozonnedbrytande effekt), tabell 1 [7 ]. Även om detta är en matematiskt korrekt avrundning, så kommunicerades detta tillsammans med annan marknadsföringsinformation, av Honeywell så att det gav uppfattningen att R1233zd(E) inte hade någon ozonnedbrytande potential, medan den faktiskt har ett ODP, om än lågt.

Tabell 1. Solstice zd jämfört med liknande produkter. Uppgifterna som presenteras av tillverkaren [7]

Uppmärksamheten på detta riktades av den tyska miljöbyrån, som påpekade behovet av ett strikt förbud mot ozonnedbrytande ämnen [8]. För närvarande förbjuder Montrealprotokollet inte användningen av R1233zd(E) eftersom detta nyligen utvecklade ämne inte ingår i förteckningen över de kontrollerade ämnena.

Visst är ODP-värdet för detta ämne lågt, men ODP-värdena för många andra kontrollerade ozonnedbrytande ämnen är också låga. Till exempel har köldmedium R123 en ODP på 0,020 (eller med någon matematisk "magi": 0,0) och är förbjuden att användas i EU och andra utvecklade länder.

För närvarande är R1233zd(E) tillåtet att användas som köldmedium eftersom det “inte anses vara ett ozonnedbrytande ämne” och “inte anses vara en fluorerad växthusgas” [9]. Det leder således frågan hur sådana ämnen bör betraktas? Eller kanske är det möjligt att acceptera liten ozonnedbrytningspotential till förmån för den lägre globala uppvärmningspotentialen hos köldmedier? Men hur är man säker på att nya syntetiska köldmedier, som kommer till marknaden i hög takt, kommer att vara säkra på lång sikt? Ur miljösynpunkt är naturligtvis användningen av ämnen som redan förekommer naturligt i miljön den säkraste lösningen!

Följ gärna våra publikationer och få vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig .

Källor

[1] Honeywell, "Solstice zd," Honeywell International Inc, 2017. [Online]. Available: www.honeywell-refrigerants.com/europe/product/solstice-zd/. [Accessed 12 Oct 2017].

[2] EC, "Regulation (EC) No 842/2006 of the European Parliament and of the Council of 17 May 2006 on certain fluorinated greenhouse gases," Official Journal of the European Union, 2006.

[3] EU, "Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases and repealing Regulation (EC) No 842/2006," Official Journal of the European Union, 2017.

[4] UNEP, "Further amendment of the Montreal Protocol," 14 October 2016. [Online]. Available: https://europa.eu/capacity4dev/unep/document/full-text-kigali-amendment-pt-1.

[5] F. Moles, J. Navarro-Esbrí, B. Perisa and A. Mota-Babiloni, "Experimental evaluation of HCFO-1233zd-E as HFC-245fa replacement in an Organic Rankine Cycle system for low temperature heat sources," Applied Thermal Engineering, vol. 98, pp. 954-961, 2016.

[6] RAC Magazine, "Germany backs stricter EU approach to ozone depleting substances," 21 Aug 2017. [Online]. Available: goo.gl/UNZGij.

[7] Honeywell, "Storage, handling and use guidelines for Solstice zd refrigerant," Honeywell Belgium N.V., Heverlee, Belgium, 2014.

[8] German Environment Agency, "Feedback from: German Environment Agency," European Commission, 10 Aug 2017. [Online]. Available: https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/initiatives/ares-2017-3562786/feedback/F6584_en.

[9] Honeywell, "Honeywell Refrigerants," 2015. [Online]. Available: www.honeywell-refrigerants.com/europe/wp-content/uploads/2015/08/Solstice%C2%AE-zd-5-Reasons-Sept.-20141.pdf. [Accessed 10 Oct 2017].