揭開制冷劑的神秘面紗
從20世紀30年代到80年代，制冷劑帶來了兩個主要的環(huán)境問題。它們是極強的溫室氣體并破壞了臭氧層。
由于80年代的一些快速立法，人們不再使用破壞臭氧層的制冷劑。在Regreen Scale中，這些破壞臭氧層的制冷劑被描述為“Step 0”制冷劑，其靈感來自于用于跟蹤野火的空氣質(zhì)量等級。
盡管在20世紀80年代取得了進步，但我們?nèi)允褂贸墱厥覛怏w作為制冷劑。每臺家用空調(diào)的側(cè)面都有一張貼紙，上面有關(guān)于其制冷劑的詳細信息。如果所有這些制冷劑都泄漏出來，那么它所造成的全球變暖將跟燃燒1100加侖的汽油一樣多。
而且在所有的可能性中，至少有一些制冷劑會泄漏。從法律上講，美國環(huán)境保護局(EPA)要求房主修復(fù)泄漏的空調(diào)。但一位空調(diào)技術(shù)員透露，他每周都會接到許多修復(fù)空調(diào)制冷劑泄漏的電話，在許多情況下，空調(diào)已經(jīng)泄漏了很多制冷劑，以至于它不再能冷卻房子。這些制冷劑已經(jīng)泄漏到大氣中并使我們的地球變熱。
并非每一種制冷方式都像家用空調(diào)那樣骯臟。歐盟從2017年起禁止在新的汽車空調(diào)中使用超級溫室氣體，美國一半以上的新車現(xiàn)在也使用清潔制冷劑。
在超市制冷方面，美EPA已從2024年開始禁止在新設(shè)備中使用超級溫室氣體，許多連鎖超市正在迅速過渡到清潔制冷劑。該機構(gòu)預(yù)計，等到2025年，新的家用冰箱將逐步淘汰超級溫室氣體制冷劑，而且消費者已經(jīng)可以使用清潔制冷劑的冰箱了。2021年，美國通過法律以等2036年將超級溫室氣體制冷劑在美國的銷售減少85%。但家用空調(diào)仍是這項立法的一個空白。作為一個關(guān)心環(huán)境的房主，我很想安裝一個不使用超級溫室氣體的中央空調(diào)。我甚至愿意成為一個早期采用者，并支付大大高于普通空調(diào)的價格。但是，據(jù)我所知，美國消費者還沒有這樣的空調(diào)。
潛在的解決方案
現(xiàn)成的清潔制冷劑和一個新的空調(diào)器
其他行業(yè)如超市制冷和汽車空調(diào)已經(jīng)在改用清潔制冷劑方面取得了很大的進展。在汽車空調(diào)中，美國和歐盟最流行的制冷劑是一種叫做R-1234yf的制冷劑，從全球變暖的角度來看，它比我們今天在家用空調(diào)中使用的R-410a制冷劑清潔數(shù)千倍。
此外，在超市制冷中，二氧化碳是一種越來越受歡迎的第4步制冷劑。雖然二氧化碳是一種溫室氣體，但它卻比R-410a清潔數(shù)千倍。
那么，下一代家用空調(diào)是否可以采用這些在凈化其他行業(yè)方面非常有效的制冷劑之一？為了調(diào)查這個問題，記者跟伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校機械工程教授Pega Hrnjak進行了交談，后者在過去30年里一直在研究制冷和空調(diào)的技術(shù)。
首先，人們能否可以在家用空調(diào)中使用來自汽車工業(yè)的R-1234yf？根據(jù)Hrnjak的說法，這在技術(shù)上是可行的，但存在一個挑戰(zhàn)。R-1234yf無法像R-410a那樣被壓縮，因此R-1234yf空調(diào)的管子和其他部件需要更大和更昂貴。
另外，越來越多的超市制冷系統(tǒng)使用二氧化碳作為制冷劑，那么在家用空調(diào)中使用二氧化碳如何？Hrnjak對此回答道--“二氧化碳比R-410a更喜歡被壓縮，這使得管道和其他部件比基于R-410的空調(diào)更小--而且可能更便宜?！?/p>
二氧化碳在其他方面也是一個不錯的選擇。它價格低廉、不易燃的。因此，基于二氧化碳的家用空調(diào)可能是一個偉大的解決方案，它結(jié)合了成本效益和能源效率，且--關(guān)鍵是--它不會像今天基于R-410a的家用空調(diào)那樣對全球變暖產(chǎn)生極端影響。
開發(fā)使用清潔制冷劑的新空調(diào)的方法是有希望的。這將需要一個逐步的過渡，也許到2025年，新的家用空調(diào)將使用清潔的制冷劑。但舊空調(diào)將繼續(xù)出現(xiàn)泄漏并向大氣中排放大量的R-410a超級溫室氣體。
新制冷劑和同一臺空調(diào)
如果有辦法使用一種更清潔的制冷劑來改造今天的空調(diào)會怎么樣？幾年前，美國國家標準與技術(shù)研究所的一個小組對超過100萬種潛在的制冷劑進行了計算機分析。不幸的是，NIST并沒有找到R-410a的完美替代品。
然而還有其他角度可以解決這個問題。首先，有可能混合多種制冷劑來創(chuàng)造一個R-410a的替代品。其次，在NIST研究之后的幾年里，人工智能系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)新分子和材料方面變得更加熟練。如人工智能在Moderna COVID疫苗的快速開發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
那么我們能否利用人工智能來發(fā)明一種新的制冷劑從而使今天的家用空調(diào)“接種”疫苗以避免強烈的溫室氣體排放？
為了探討這個問題，記者有跟來自阿卜杜拉國王科技大學(xué)化學(xué)工程教授S. Mani Sarathy進行了交談。Sarathy的團隊一直在使用人工智能來預(yù)測數(shù)百種碳氫化合物分子的特性，這些分子既被用作燃料也被用作冰箱等小型設(shè)備的制冷劑。
當Sarathy被問及其方法是否可以幫助開發(fā)更清潔的制冷劑時，他回答道：“我們已經(jīng)應(yīng)用這種方法來開發(fā)可再生燃料，這些燃料比其化石燃料燃燒更清潔。我很樂觀地認為，同樣的方法將適用于考慮數(shù)以百萬計的潛在制冷劑分子并準確預(yù)測其熱性能。我們還可以對低毒性和低可燃性進行優(yōu)化?！?/p>
總之，這個問題至少有兩個令人信服的工程解決方案：可以開發(fā)新的家用空調(diào)、使用我們今天擁有的更清潔的步驟4制冷劑或可以發(fā)明一種步驟4清潔制冷劑用于我們已有的空調(diào)。
