Är R1234yf framtidens köldmedium för mobilkyla?

skriven av Pavel Makhnatch (under handledning av Rahmatollah Khodabandeh och Björn Palm)

Publicerad 2013-10-26

Det är lätt att tro att utsläppen av köldmedier ger ett litet tillskott av växthusgaser jämfört med förbränningen av kol och olja. Men trots skillnaderna i kvantitet står fluorinerade gaser (F-gaser), omräknat i koldioxidekvivalenter, för 2% av EUs växthusgasutsläpp [1]. EU direktivet (2006/40/EC), även kallat MAC-direktivet (MAC=Mobile Air Conditioning) är ett instrument bland en rad andra för att bekämpa den globala uppvärmningen och klimatförändringarna och behandlar utsläpp av köldmedier från bilar. MAC direktivet innebar restriktioner för fordonstillverkare med avsikt att minska köldmedieutsläppen från bilarnas AC-system. Det viktiga steget i en successiv skärpning av reglerna innebär förbud mot användning av köldmedier som har högre GWP (växthuseffekt) än 150. Förordningen skulle träda i laga kraft den 1 januari 2011 [2], men har skjutits fram två gånger på grund av olika omständigheter, bland annat bristande tillgång till sådana köldmedier på marknaden. Problemet med köldmedietillgången verkar nu vara löst [3] och från 1 januari 2013 är förbudet äntligen på plats.

Under åren sedan beslutet togs har fordonstillverkarna utvecklat nya AC-system och anpassat tillverkningen till de nya reglerna. Det har funnits flera alternativ såsom koldioxid, propan, isobutan, R152a, samt ett antal HFO köldmedier (Hydro-Fluoro-Olefiner, kolväten med dubbelbindning). Fordonsindustrin har slutligen valt R1234yf (en HFO) som ersättare för det tidigare använda R134a, bland annat med motiveringen att detta kräver minimal ombyggnad av befintliga MAC system. R1234yf har termodynamiska egenskaper som liknar R134a men har betydligt lägre GWP (4 jämfört med 1430 för R134a). Siffrorna i beteckningen R1234yf står, räknat från höger, för fyra fluor, två väte och tre kol atomer med en dubbelbindning (andra siffran från höger är antal väte plus 1, tredje siffran antal kol minus 1). Dubbelbindningen gör molekylen instabil i atmosfären, vilket minskar GWP.

Sedan 2007, då Honeywell och DuPont presenterat R1234yf för fordonsindustrin som lämplig ersättare för R134a, har det genomgått en hel del tester vad gäller termodynamiska egenskaper, effektivitet och säkerhet. R1234yf har lägre GWP men är brandfarligt (tänder vid 450 ºC) till skillnad från R134a [4]. Vid brand avger den, liksom andra fluorerade kolväten (HFC), vätefluorid (HF) som är en mycket giftig gas. Brännbarheten för R1234yf ökar risken för bildande av vätefluorid, jämfört med icke-brännbara HFC. SAE international (International Society of Automotive Engineers) har låtit testa R1234yf i ett särskilt forskningsprogram och redan år 2009 har kommit till slutsatsen att köldmediet kan användas utan utökad säkerhetsrisk i nya fordon. Denna slutsats övertygade fordonstillverkarna att införa R1234yf i nyproduktion, och flera bilmodeller har redan levererats med detta medium, bland annat Cadillac XTS, Toyota Prius, Mercedes B-klass.

Daimler AG, koncernen bakom t.ex. Mercedes, Maybach och Smart, har nyligen presenterat nya rön angående användning av R1234yf som fått stor uppmärksamhet och som lett till osäkerhet om huruvida R1234yf verkligen är ett bra alternativ. Det har i deras tester visat sig att detta köldmedium, som är svårt att antända under laboratorietester, vid en frontalkrock kan vara brandfarligt [5] (se Bild 1). Liknande tester med R134a visade däremot inga sådana risker. Under hösten 2012 avbröt därför Mercedes användningen av R1234yf i sina nyproducerade fordon och återkallade 432 bilar av Mercedes SL-klass för att ersätta R1234yf med R134a [6].

Bild 1: Brand i motorrummet i ett fordon från Daimler (http://bit.ly/daimlertest)

R1234yfs brännbarhet är ingen nyhet

DuPont som är tillverkare av R1234yf förnekar riskerna med mediets brännbarhet och hävdar att Daimlers tester inte ger någon ny information och hänvisar till ett antal organisationer som tidigare uttryckt förtroende för R1234yf som ett säkert köldmedium i mobila luftkonditioneringsanläggningar [7]. Inför de nya rönen från Daimler har SAE international beslutat att genomföra en ny undersökning [8]. Detaljerad information angående Daimlers tester har inte offentliggjorts än och detta har skapat osäkerhet om hur och under vilka förhållanden testerna genomfördes. Därför har vissa parter uttryckt tvivel om Daimlers avsikter med publicering av de nya rönen, så närapå införandet av MAC direktivet [9]. Det har varit känt i flera år att R1234yf är brandfarligt. 2010 presenterade den tyska miljöbyrån UBA (Umwelt Bundes Amt) resultat från krocktester som visade på riskerna för förare och räddningspersonal vid en kollision och organisationen har därför betraktat R1234yf som en osäker och tillfällig ersättare för R134a. Det visade sig i dessa tester att låga volymer av kolväten (som lätt kan förekomma i fordonets motorrum) i kombination med R1234yf minskar den lägre gränsen för brännbarhet från 6,2% (för rent köldmedium) till så lågt som 2% [10].

CO2 som ett alternativ

Med anledning av Daimlers testresultat och de reaktioner dessa lett till har frågan om eventuella andra alternativa köldmedier åter blivit aktuell. Det medium som ligger närmast till hands, och för vilket mycket utvecklingsarbete redan är gjort, är CO2. CO2 har ett antal fördelar: det är klimatvänligt, ej brandfarligt, allmänt tillgänglig och relativ ofarligt. De största nackdelarna är högre kostnad för kylanläggningen samt minskad energieffektivitet i varmare klimat. Ett annat problem som lyfts upp är risken för påverkan på föraren vid inläckning av större mängder CO2 i passagerautrymmet. Redan vid 3% CO2 i luften kan körförmågan påverkas. VW har visat förnyat intresse för CO2 som ett möjligt, säkert och långsiktigt alternativt för luftkonditionering inom fordonsindustrin, även BMW ser CO2 som ett ”tänkbart” alternativ [11]. Daimler har inte meddelat något nytt beslut än i denna fråga.

SAE International har annonserat sitt intresse för att återigen utvärdera CO2 som alternativt köldmedium för fordonsindustrin [12]. Med tanke på att MAC direktivet har trätt i kraft i januari 2013, har Europeiska kommissionen redan deklarerat nödvändiga ansträngningar från medlemsländerna för att säkerställa att förbudet tillämpas [13]. Sista ordet är inte sagt i det nya köldmediekriget. CO2 eller R1234yf? Framtiden får visa vilket som kommer att vinna!

Referenser

[1]

European Comission, ”Fluorinated greenhouse gases,” 26 Sep 2011. [Online]. Available: http://ec.europa.eu/clima/policies/f-gas/index_en.htm.

[2]

European Parliament, ”DIRECTIVE 2006/40/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL,” Official Journal of the European Union, vol. 161, pp. 12-18, 2006 May 17.

[3]

DuPont, ”DuPont Fluorochemicals Increases Supply of More Sustainable Opteon™ YF Refrigerant and Makes its First Commercial Shipment from China,” 17 Oct 2012. [Online]. Available: goo.gl/cKwH0.

[4]

Honeywell, ”Guidelines for Use and Handling of HFO-1234yf”.

[5]

Daimler AG, ”New findings concerning the risks of the new R1234yf refrigerant: Mercedes-Benz wishes to continue using the tried-and-tested R134a refrigerant in passenger cars,” 25 Sep 2012. [Online]. Available: goo.gl/Zou2V.

[6]

Safercar, ”Recalls,” 01 Oct 2012. [Online]. Available: goo.gl/eH54S.

[7]

DuPont, ”DuPont Fluorochemicals Affirms Confidence that HFO-1234yf Can Be Safely Used as an Automotive Refrigerant,” 18 Oct 2012. [Online]. Available: goo.gl/cyyoS.

[8]

SAE International, ”SAE International Begins New 2012 R1234yf Cooperative Research Program and Names Initial Participants,” 9 Nov 2012. [Online]. Available: goo.gl/77BF2.

[9]

Euractiv, ”Daimler faces legal action threat over green air conditioning,” 18 Dec 2012. [Online]. Available: goo.gl/VnB8T.

[10]

UDR, ”Federal Environment Agency: Possible safety risks in mobile air conditioning systems?,” 12 Feb 2010. [Online]. Available: goo.gl/bbAjT.

[11]

R744, ”Daimler video claims 1234yf is dangerous - VW says CO2 is best refrigerant,” 9 Nov 2012. [Online]. Available: http://www.r744.com/news/view/3655.

[12]

SAE International, ”SAE International seeks input on CO2 as a referigerant,” 17 Nov 2012. [Online]. Available: www.sae.org/mags/aei/11576.

[13]

European Commission, ”Declaration by the European Commission: State of Play of the EU Mobile Air-Conditioning directive (2006/40/EC),” EUROPEAN COMMISSION, Brussels, 2012.