Фреоны: быть или не быть?
ЧЁРТ - СВОЁ, А ПОП – СВОЁ: ВЕРНИ НАЗАД ФРЕОНЫ!
Казалось бы, многочисленными публикациями в нашем журнале на тему реабилитации фреонов мы давно исчерпали этот вопрос. Но статья Х.А.Абдульманова в № 2 за 2001 год и комментарий редакции заставили меня снова вернуться к этой теме.Глядя на то, как развиваются события в области производства хладагентов, как впрочем, и в других отраслях науки и техники, впору ставить вопрос шире: о моральной чистоплотности учёных, о профессиональной этике, о независимости науки от бизнеса… Точнее, о полной её зависимости. Понятие отраслевая наука всё больше себя дискредитирует участием учёных в межкорпоративных разборках, в кампаниях подавления конкурентов любой ценой. Даже если этой ценой является фальсификация исследований, подтасовка фактов, выдавание гипотезы за доказанную теорию. Ведь любой нужный научный результат, любую экспертизу в принципе можно купить. Если не за деньги, то за очень большие деньги. Так было и в многичисленных скандалах с пищевыми консервантами, которые внезапно из безвредных становились канцерогенными, с вредными пластмассами, из которых делаются детские игрушки, с моющими средствами и т.д. Но если б ещё дело касалось только экономических интересов!
Экологические движения во многих странах, они же «зелёные», искусственно нагнетают истерию вокруг проблемы озонового слоя и глобального потепления земли, преследуя свои политические цели. На волне этой проблемы они получили парламентские мандаты, а теперь пытаются усидеть в своих креслах, демонстрируя «активность».Последствия деструктивных, далёких от серьёзного научного анализа действий зелёных испытали на себе и Россия с Украиной. Я имею в виду массовые протесты общественности против ввоза в Россию отработанного ядерного топлива и закрытие третьего энергоблока Чернобыльской АЭС. Кстати, Запад обещал за его закрытие немалые деньги, которые бы пошли на ввод в действие компенсирующих мощностей. Под давлением Запада Украина станцию закрыла, но не получила за это ни гроша. Президент Л.Кучма в одном из своих выступлений открыто признал, что его лично и всю Украину просто «кинули». Вот вам налицо политика западных двойных стандартов. Можно здесь ещё привести и Югославию, но не будем отвлекаться от темы.Напрасно г-н Х.Абдульманов взывает к Международному институту холода, не пойдёт МИХ против ведущих холодильных компаний, не создаст никакую комиссию.
Вот пример на ту же тему, но уже на другом уровне. На одной из польских научно-технических конференций, посвященной проблемам перехода на новые хладагенты, мне довелось беседовать с её участниками в неформальной обстановке. Их солидарное мнение относительно целесообразности отказа от хлорсодержащих фреонов было примерно таким: «мы понимаем, что отказ от R12 и R22 преждевременен и недостаточно обоснован, но не хотим потерять работу и потому помалкиваем».Те компании и научные организации, которые открыто поддерживают идею о виновности «старых» фреонов в образовании озоновых дыр или стыдливо молчат, те специалисты, которые выдумывают всё новые и весьма далёкие от научной корректности экологические показатели типа TEWI, не понимают, что они пилят сук, на котором сидят. Кризисная ситуация в холодильной технике не может продолжаться бесконечно. Потребители холода в конце концов просто откажутся от компрессионных систем охлаждения и обратят свой взор на другие принципы получения холода. Это уже происходит и об этом подробнее во второй части этой статьи. Недалёк тот день, когда «священная корова» холодильной техники - T-S и I-lgP диаграммы окажутся в мусорной корзине. А о том, что холодильная техника переживает серьезный кризис, свидетельствует хотя бы такой факт.
Производители хладогентов не скрывают, что R404А, R134A, R407С, R507 и некоторые другие играют роль переходных, им на смену придут другие, возможно чуть лучшие, но никто не гарантирует, что и они долго задержатся на рынке. Фактически взят курс на хладагенты-однодневки, на замену хладагента (а вместе с ним масла и запчастей, если не всего оборудования) каждые 5-6 лет. То, что давно стало нормой на Западе в бытовой технике и в автостроении, теперь переносится и на промышленный холод. Да какой же потребитель это выдержит? Тем более на просторах СНГ. Денежку-то на все эти мероприятия нам снова придётся занимать на Западе.
- Эй, там, на Востоке! Пора срочно переходите
на новые хладагенты!
- Но на какие? Ведь до сих пор нет достойного заменителя R22!
- Не важно. Берите, какие есть. А не замените – мы вам экономические
санкции!
Вот вам и замкнутый круг, вот и долговая яма. Так что всё это очень и очень серьёзно. Мне представляется, что, если бы в начале 90-х годов в СНГ был найден и запатентован новый экологически безопасный хладагент, существенно превосходящий имеющиеся на тот момент западные аналоги, и, что главное, мы были бы готовы его производить в массовом количестве, ситуация с выполнением Монреальского Протокола сложилась бы совершенно по-иному. Думаю, что многие западные поборники быстрейшего отказа от R12 и R22 заняли бы прямо противоположную позицию. Но, как говорится, история не терпит сослагательного наклонения.
Теперь от эмоций и лирических отступлений ближе к телу. Согласно информации полученной от В.Ф.Грищенко, ведущего научного сотрудника УкрНИИГМИ (см. интервью с ним в ХБ №5, 1998), прошлогодняя повторная экспертиза антарктического льда, проведенная в Германии, подтвердила выводы украинских учёных: в доисторическом льде содержится фреон, причём в ощутимых количествах. Заинтересованных в более подробной информации отсылаю непосредственно в этот киевский институт: тел (044) 265-88-10. В добавление к приведенным в упомянутом номере журнала аргументам защитников фреонов цитирую высказывание члена-корреспондента АН России Яблокова, который считается ведущим экологом России. Осенью прошлого года в своём интервью для радио «Свобода» он озвучил некоторые результаты закрытых (от кого и зачем ?!) исследований, связанных с этой проблемой. Оказывается, главным виновником разрушения озонового слоя являются пуски ракет, т.е. космические программы.
Сопутствующие им
выбросы в атмосферу дают более половины прироста концентрации в ней
хлорсодержащих веществ. Так, может, стоить предъявить иск НАСА и Российскому
космическому агентству? Во всяком случае, не будучи крупным специалистом
в области протекающих в земной атмосфере процессов, я хотел бы услышать
по этому поводу мнение профессионалов, например, того же В.У.Хаттатова
(см. ХБ №№ 3, 4). А В СПИНУ УЖЕ ДЫШАТ
В этом смысле абсорбционные и адсорбционные машины можно рассматривать как весьма далёкий, но всё же прообраз холодильной техники будущего. Если бы холодильная наука стран СНГ в последние 10 лет финансировалась на уровне конца 70-х годов, мы бы уже сейчас могли быть свидетелями испытаний образцов холодильной техники XXI века. Увы, в нынешней ситуации, несмотря на традиционно богатый задел интересных идей, страны СНГ вряд ли смогут претендовать на роль пионеров холода следующего века.В области малого холода ситуация более определённая. Здесь сферы влияния между собой должны поделить термоэлектрическая техника и термоионные преобразователи [1,2]. О современном состоянии термоэлектрической техники мы периодически информируем наших читателей на страницах нашего журнала. А о термоионных преобразователях следует рассказать подробнее. В 1998 году английская компания «Бореалис Техникал» на основе разработок профессора Джеймса Дая из Мичиганского Университета (США) запатентовала так называемый «холодильный чип». В основе его работы лежит принцип термоионного охлаждения, опирающийся на два изобретения XVIII и XIX веков, на первый взгляд совершенно не связанных друг с другом.
Первое – это холодильная машина Уильяма Каллена, производящая холод за счёт откачивания паров воды. Второе - вакуумный диод. Вместо традиционного рабочего вещества в виде атомно-молекулярных жидкостей (фреоны, аммиак и т.п.) в термоионном охладителе в качестве хладагента выступает электронный «газ». Катод и анод, разделённые вакуумной прослойкой, - это аналоги испарителя и конденсатора холодильной машины. Если к электродам приложить напряжение, то электроны, «испаряющиеся» из катода, начинают переносить теплоту от охлаждаемого тела к аноду, и таким образом наблюдается эффект охлаждения. Ширина зазора между электродами должна быть меньше длины свободного пробега электрона. В этом случае электрон преодолевает барьер баллистически, не рассеиваясь и не теряя энергию, что обеспечивает высокую интенсивность охлаждения. Обычный вакуумный диод использовать для охлаждения нельзя. Расстояние между катодом и анодом здесь порядка тысяч микрон, и материалы, из которых сделаны электроды, переносить на такие расстояния поток электронов при комнатной температуре не в состоянии. С другой стороны, непреодолимой становится проблема теплового контакта электродов с объектами охлаждения.
Современные достижения микроэлектроники позволяют создать микросхему, включающую как анод с катодом с минимальным зазором между ними (около одного микрона), так и внешнюю структуру охлаждающего устройства, обеспечивающую хороший тепловой контакт. Это и есть «Cool chip» - «холодильный кристалл», или, выражаясь компьютерным языком, «холодильный чип». Переход холодильной техники к таким кристаллам по своему значению сопоставим с переходом от ламповых транзисторов к интегральным микросхемам. История термоионного охлаждения насчитывает всего несколько лет, но уже полна своего внутреннего драматизма. Впервые идея термоионного охлаждения была высказана в 1994 году американским физиком профессором Джеральдом Маханом. Раскрывая физический механизм данного явления, он пришёл к выводу, что «такого не может быть, потому что такого не может быть никогда». В природе не существовало веществ, которые легко бы отдавали электроны при комнатных температурах.
Однако в том же году пессимизм в отношении перспектив термоионного охлаждения пропал. На XIII-й международной конференции по термоэлектричеству речь зашла о получении полупроводниковых материалов с желаемой работой выхода. К настоящему времени группы исследователей в Европе, США и Японии уже получили композиции полупроводниковых материалов, работа выхода которых вполне приемлема для целей термоионного охлаждения. Число публикаций по этим исследованиям стремительно растёт. Своим собственным путём пошли англичане, синтезируя органические микроциклические соединения с малой работой выхода. На свой кусок пирога рассчитывают и украинские учёные из Физико-химического института АН Украины, которые давно занимаются исследованием аналогичных веществ. Диапазон применимости этих веществ достигает температур жидкого азота. Замешанная на экономической выгоде конкуренция двух названных направлений в получении материалов для термоионного охладителя придаёт дополнительную интригу и динамику исследованиям.
Конкретные технические детали и готовность отдельных этапов работ фирмами пока не разглашаются по соображениям сохранения коммерческой тайны. По планам создателей промышленный образец термоионного охладителя должен был появиться в конце 2000 года. Согласно теоретическим оценкам энергетическая эффективность этого типа охладителей ожидается в 1,5-2,5 раза выше, чем у компрессорных систем. Расчётные геометрические характеристики домашнего холодильника объёмом 200 дм3 на холодильных чипах выглядят следующим образом. Панель охлаждения занимает площадь 5 см2 и состоит из 25 кристаллов, каждый из которых имеет холодопроизводительность около 3 Вт/см2. Английская фирма-патентовладелец планирует получить прибыль от внедрения холодильных кристаллов порядка 10 миллиардов долларов в год. Даже со скидкой на преувеличения, свойственные рекламно-пропагандисткой шумихе вокруг новой идеи, очевидно, что, если в короткие сроки учёным и промышленникам удастся решить все технологические и финансовые проблемы, то мировая «фреоновая» проблема, по крайней мере в её холодильной части, может отпасть сама собой.
Литература
- В.А.Семенюк. Термоэлектрическое охлаждение: состояние и перспективы. - Холодильная техника и технология, 2000, вып.62.
- В.Мазур. Холодильные кристаллы: прорыв в будущее – «Одесские известия», 24.03.99, с.3.
###
С.О.Филин, д.т.н., Щецинская политехника (Польша)