Kylmäaine.fi – tietoa kylmäaineista, talteenotosta, kylmäaineiden regeneroinnista ja kierrätyksestä
Mikä on kylmäaine?
Kylmäaineet – historiallinen kehitys, ympäristönäkökohdat, HFC-aineet ja F-kaasuasetus
Kylmäaineen talteenotto, uudenveroiseksi kierrätys (regenerointi) ja hiilijalanjälki
Lähdeluettelo
Mikä on kylmäaine?
Kylmäaineita sisältävät kylmälaitteet ovat osa ihmisten jokapäiväistä elämää ja niiden toiminta on yhteiskunnan kannalta välttämätöntä. Kylmäaineita (tai ns. F-kaasuja) on auton ilmastointijärjestelmissä, ilmalämpöpumpuissa ja niillä tuotetaan kaukolämpöä voimalaitoksissa. Kylmäaine on neste jolla on alhainen kiehumispiste ja soveltuu hyvin kuljettamaan lämpöenergiaa.
Uuden (virgin) kylmäaineen valmistukseen tarvittavat raaka-aineet louhitaan kaivoksista. Noin 60% uusista HFC-kaasuista valmistetaan Kiinassa.
Yleisimpiin kylmäaineisiin kuuluvien F-kaasujen ilmastoa lämmittävä vaikutus on jopa 23 000 kertaa voimakkaampi kuin hiilidioksidin (esim. SF6-kaasu) jonka vuoksi 2016 tehty Kigalin lisäys sisällyttää F-kaasut osaksi Montrealin pöytäkirjaa. IPCC:n mukaan vuonna 2019 F-kaasuvuodoista aiheutuva osuus maailman kasvihuonekaasujen kokonaispäästöistä oli 2 %. Vastaava luku EU:ssa oli 3 % ja Suomessa 3 %. Jos mukaan lasketaan kylmää ja lämpöä tuottavien laitteiden sähkönkulutus, esimerkkinä USA:n kohdalla päästöt vastaavat 20%:a USA:n vuosittaisista kokonaispäästöistä (US Energy Information Administration, 2019).
Lisäinfoa osoitteesta stopilmastonmuutos.fi
HFC-kylmäainetyyppejä on useita mm. R32, R404A, R407C, R410, R134A.
Uudemman sukupolven HFO-kylmäainetyyppeihin kuuluu mm. R1234yf, R448A, R449A, R452A.
Luonnollisiin kylmäaineisiin kuuluu mm. CO2, ammoniakki, propaani jne.
Regeneroitu kylmäaine on uudenveroiseksi kierrätettyä kylmäainetta. Miltei kaikki HFC- ja HFO-kylmäaineet ovat kierrätettävissä.
Lue lisää
Kylmäaineet – historiallinen kehitys ja ympäristö
Jäähdytystä on tarvittu ja käytetty alkuajoista lähtien. Jäähdytystekniikoita on ollut useita ja konkreettisesti kylmäaineiden kehityksen vaiheet voidaan jakaa karkeasti neljään eri kategoriaan:
- ensimmäinen sukupolvi, jossa kylmäaineena käytettiin mitä vain mikä toimi
- toinen sukupolvi, jossa turvallisuus oli avaintekijänä
- kolmas sukupolvi, jossa otsonikerroksen heikkeneminen huomioitiin
- neljäs sukupolvi, jossa myös ilmastonmuutos huomioidaan.
Ensimmäiset aineet, joita käytettiin jäähdytykseen, olivat yleisiä liuottimia, muita haihtuvia aineita tai jäähdytystä edistäviä aineita, kuten eri suolat. Aineet olivat yleensä myrkyllisiä tai helposti syttyviä, usein molempia. Pääsääntöisesti aineet olivat myös reaktiivisia ja laitteistoa kuluttavia. Ensimmäisiä yleisiä kylmäaineita olivat esimerkiksi dimetyylieetteri, ammoniakki, rikkidioksidi, metyylikloridi, hiilidioksidi ja hiilivedyt, kuten propaani.
Ensimmäisen sukupolven kylmäaineiden aikana onnettomuudet olivat yleisiä ja ihmiset rupesivat luopumaan jääkaapeistaan ja siirtymään takaisin kylmäkaappeihin, joita jäädytettiin jäällä (Jokela 2010). Suuret yritykset kuten Frigidaire, General Motors ja DuPont lähtivät kehittämään uutta turvallista kylmäainetta (Hakala 2007). Kehitysprojekti alkoi kartuttamalla alkuaineiden ominaisuustaulukoista aineet, jotka ovat vakaita eli ei myrkyllisiä ja palamattomia. Midgleyn ryhmä löysi 1928 CFC-kaasut, jotka sopivat täydellisesti heidän tavoitteisiinsa. Kylmäainetta R-12 alettiin tuottaa teollisesti vuonna 1931 ja R11:tä vuonna 1932 (Calm 2007). Kylmäaine R12 sai ensimmäisenä kauppanimen freon, joka myöhemmin muodostui kylmäkaasujen yleisnimeksi (Jokela 2010). Edelleen kylmälaitteissa yleinen kylmäkaasu R22 tuli markkinoille vuonna 1934 ja ensimmäinen atseotrooppinen yhdiste R502 vuonna 1961(IIFIIR). CFC-, HCFC-, ja HFC-kaasut mahdollistivat turvallisen jäähdyttämisen kotona, mitä markkinat olivat jo kauan odottaneet.
Otsonikato huomataan
Vuonna 1974 F.S. Rowland ja M.J. Molina julkaisivat huolestuttavat tutkimustuloksen klooripitoisten kaasujen otsonikerrosta heikentävästä vaikutuksesta (IIFIIR). Rowland ja Molina saivat myöhemmin vuonna 1995 kemian Nobel palkinnon yhdessä Paul J. Crutzen kanssa ”työstään ilmakehän kemian parissa, erityisesti liittyen otsonin muodostumiseen ja tuhoutumiseen” (Nobel Media AB 2014). 1970-luvulla tehtyihin havaintoihin perustuen, vuonna 1985 laadittiin Wienin yleissopimus, joka kaksi vuotta myöhemmin johti Montrealin pöytäkirjaan. Montrealin pöytäkirja määrää säännöt otsonikerrosta tuhoavien yhdisteiden käytöstä luopumiseen (Sarma & Bankobeza 2000). Kielletyt kylmäaineet tarkoittavat klooripitoisia CFC- ja HCFC-kaasuja, joista tunnetuimpia ovat R11, R12, R22 ja R502. R22 oli vielä 2010-luvun alussa maailman käytetyin kylmäaine (Calm 2007).
Uudet korvaavat kylmäaineet ovat HFC-kaasut, joista yleisimmät R134a ja atseotroopit R407C, R404A, ja R410A. HFC-kaasujen otsonikerrosta tuhoava vaikutus ODP (Ozone depleting potential) on nolla.
Otsonikadon herättämä kansainvälinen huomio ja niiden seurauksena syntyneet toimenpiteet, olivat ennenäkemätön menestys kansainvälisessä päätöksenteossa ja yhdistymisessä yhteisen tavoitteen puolesta.
Ilmastonmuutos ja F-kaasuasetus
Ilmastonmuutospotentiaalista johtuen HFC-kaasuista halutaan päästä eroon ja siihen on jo maailmanlaajuisesti laadittu asteittainen kiintiöiden vähennyssuunnitelma, joka lopullisesti johtaa HFC-kaasujen merkittävään vähentymiseen. (YM 2016).
Kioton ilmastosopimuksessa 1997, joka astui voimaan 2005, päätettiin, että ilmastonlämpeneminen pitää estää, ja määriteltiin kuusi merkittävintä kasvihuonekaasua. HFC-kaasut olivat kuuden merkittävimmän kasvihuonekaasun joukossa, mikä johti suunnitelmiin vaiheittaiseen HFC-kaasuista luopumiseen (UNFCCC 2017).
Mitään lopullista korvaajaa ei kuitenkaan ole toistaiseksi löytynyt vaikka tutkimustyötä alalla tehdään jatkuvasti. Ratkaisut ovat lähinnä olleet siirtyminen matalamman lämmityspotentiaalin eli GWP:n (Global warming potential) HFC-kaasuihin tai siirtyminen luonnollisiin kylmäaineisiin. Hiilidioksidi on kerännyt paljon huomiota, mutta sillä voi olla vaikea korvata kaikkia jäähdytysalan laitteissa käytettäviä aineita esimerkiksi matalan kriittisen pisteen johdosta.
EU:n F-kaasuasetus (N:o 517/2014) julkaistiin toukokuussa 2014. Asetuksen tavoitteena on suojella ilmastolle haitallisilta F-kaasuilta ja saavuttaa 60 prosentin päästövähennys vuoteen 2030 mennessä. F-kaasujen tuontia EU:n alueelle vähennetään asteittain.
Nopeat muutokset saattavat kuitenkin johtaa HFC-kaasuista aiheutuvien päästöjen korvaantumiseen sähkönkulutuksen kasvusta syntyvillä päästöillä jos nykyinen HFC-kaasuihin nojautuva jäähdytystekniikka vaihdetaan kiireellä enemmän sähköä kuluttavaan tekniikkaan. Jotta tältä vältyttäisiin, vähennykset tulisi tehdä hallitusti siirtymäaikana ilman, että turvaudutaan kestämättömiin ratkaisuihin.
Vuoden 2020 alusta lähtien kiellettiin F-kaasujen, joiden GWP on suurempi tai yhtä suuri kuin 2500, käyttö jäähdytyslaitteiden huollossa tai kunnossapidossa, muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta. Yli 2500 GWP:n aineisiin lukeutuu muun muassa R404A kylmäaine, joka on kaupan kylmässä edelleen todennäköisesti Suomessa käytetyin kylmäaine. Vuoden 2029 loppuun kieltoa koskevia aineita saa edelleen käyttää kaikissa laitteissa, mikäli aine on regeneroitua eli uudenveroiseksi kierrätettyä kylmäainetta.
Varteenotettava ratkaisu ympäristön kannalta on kylmäaineen uudenveroiseksi kierrättäminen eli regenerointi. Talteenotto ja regenerointi ovat olleet arkipäivää suurissa teollisuusmaissa, kuten Yhdysvalloissa ja Yhdistyneissä Kuningaskunnissa jo vuosikymmeniä. Regenerointia ei voida kuitenkaan pitää lopullisena ratkaisuna ongelmaan vaan lähinnä tärkeänä vaihtoehtona apuna siirtymäajalle HFC-kaasuista korvaaviin teknologioihin. (ASHRAE 2006)
Jotta siirtymävaihe pois HFC-kaasuista sujuisi hallitusti ja minimoiduilla negatiivisilla haitoilla, kuten sähkönkulutuksen kasvu tai toimivien järjestelmien ennenaikaiset vaihdot, regeneroitu kylmäaine eli uuden veroiseksi puhdistettu käytetty kylmäaine on asetettu kiintiöiden ulkopuolelle ja aineen käytölle on myönnetty lupa vuoteen 2030 asti. HFC-aineiden vähentämiseksi asetetut kiintiöt astuivat EU-alueella voimaan vuonna 2015 ja asteittaiset kiellot on jo aloitettu esimerkiksi autojen ilmastoinnissa.
Lue lisää kylmäaineiden ilmastonmuutokseen liittyvistä vaikutuksista
Kylmäaineen talteenotto
Kiertotalous alkaa oikeaoppisella kylmäaineen talteenotolla. Kylmäaineita ei saa missään tapauksessa päästää ilmakehään, vaan ne on talteenotettava, tunnistettava analyysilla ja joko uudelleenkäytettävä tai hävitettävä.
Kylmäaineen talteenoton peruspilarit:
- Talteenottosäiliöiden käyttöaika (määräaikaistarkastus) on oltava voimassa, säiliöiden pitää olla tiiviit ja hyväkuntoiset
- Kylmäainesäiliötä ei saa ylitäyttää missään vaiheessa
- Kylmäaineet tulee ottaa talteen lajiteltuna eri säiliöihin – erityyppisiä kylmäaineita ei saa sekoittaa
- Säiliöitä, joita ei ole tyhjiöity tai sisältävät tuntematonta kylmäainetta ei saa käyttää talteenottoprosessissa.
Talteenoton jälkeen seuraa kylmäaineanalyysi ja käsittely eli uudenveroiseksi kierrättäminen.
Regeneroitu kylmäaine – mitä se tarkoittaa?
Kylmäaineen regenerointi on käytännön kiertotaloutta ja koostuu vaarallisen jätteen talteenotosta, uudenveroiseksi kierrätyksestä ja laadunvalvonnasta.
Aiemmin kun kylmäaine poistettiin laitteesta, esimerkiksi viallisen tai vuotavan laitteen vuoksi, se sekoitettiin jätesäiliöön ja vietiin hävitettäväksi.
Nykyään kylmäaineet tulisi ottaa talteen lajiteltuna ja toimittaa kierrätettäväksi. Talteenotettu kylmäaine toimitetaan käsittelylaitokselle jolla on voimassaoleva ympäristölupa kylmäainejätteiden käsittelyyn. Vastaanoton jälkeen talteenotetulle aineelle tehdään standardin mukainen analyysi, puhdistetaan (regeneroidaan), analysoidaan ja laaditaan AHRI-700 standardin mukainen laatusertifikaatti jonka jälkeen kylmäaine on valmis uusiokäyttöön.
AHRI-700 laatustandardia käytetään sekä uuden, että uudenveroiseksi kierrätetyn kylmäaineen analysoinnissa. Standardi määrittää:
- kylmäaineseoksen komponentit ja komponenttien %-suhteet (kaasukromatografianalyysi)
- epäpuhtaudet kuten ilma- ja öljypitoisuuden, kiinteät partikkelit (esim. ruoste) ja kosteuspitoisuuden (Karl Fischer titraattori)
Pähkinänkuoressa kylmäaineen regenerointi on:
Regenerointi tarkoittaa aineen puhdistamista ja kylmäainekomponenttien palauttamista uudenveroisiksi. Kylmäaineen talteenoton jälkeen seos analysoidaan selvittääkseen ettei kylmäaineessa ei ole seokseen kuulumattomia komponentteja tai kiellettyjä, otsonikerrokselle haitallisia yhdisteitä. Regeneroinnissa kylmäaineesta poistetaan epäpuhtaudet erilaisten suodattimien avulla. Puhdistusprosessin jälkeen kylmäaineseoksen komponentit tarkistetaan kaasukromatografilla ja tarvittaessa korjataan komponenttisuhteet.
Kylmäaineen regeneroinnin jälkeen kylmäaineseos voidaan tislata. Pohjoismaiden ensimmäinen tislauskolonni on rakenteilla ja tulee sijaitsemaan Eco Scandicin tiloissa Helsingissä.
Tislauskolonnin avulla kylmäainekomponentit erotellaan toisistaan. Prosessin avulla saadaan erotettua ja hävitettyä vain ne yhdisteet jotka ovat otsonikerrokselle haitallisia. Lisäksi kolonnin avulla voidaan luoda juuri niitä seoksia joille markkinoilla on kysyntää.
Regeneroitu kylmäaine – lue lisää
Kylmäaineen uudenveroiseksi kierrätys vai kylmäaineen kierrätys – mitkä ovat erot?
Kylmäainetta voi kutsua uudenveroiseksi kierrätettyksi (regeneroiduksi), kun se on läpikäynyt AHRI-740 ja ISO 11650 standardit täyttävän laitteiston tekemän puhdistusprosessin ja regeneroinnin jälkeinen tehtävän laboratorioanalyysin täyttäen AHRI-700 laatustandardit.
Sen sijaan kierrätetty kylmäaine on talteenotettu kylmäaine, joka on käsitelty ISO 11650 standardin mukaisella laitteistolla. Käytännössä kylmäaineen kierrätys tarkoittaa kylmäaineen regenerointia ilman laboratorioanalyysia (laatusertifikaattia), eli ilman AHRI-700-standardia täyttäviä kriteereitä.
Ilman laboratorioanalyysia kylmäaineen käyttö on riskialtista, sillä markkinoilla saattaa liikkua käytettyä, puhdistamatonta kylmäainetta sekä laittomasti maahantuotua kylmäainetta. Lisäksi tuntemattomat kylmäaineseokset ovat turvallisuusriski sillä ne voivat sisältää esimerkiksi palavia kaasuja.
Esimerkiksi Ruotsissa viranomaiset ovat kieltäneet ”peruspuhdistetun” eli käytetyn kylmäaineen käytön sellaisenaan (SKVP, Naturvårdsverkets remissvar).
AHRI-700 mukainen laatusertifikaatti takaa aineen käyttöturvallisuuden.
Kylmäaineen uudenveroiseksi kierrätys – vaikutukset
Talteenoton ja regeneroinnin ansioista vaarallisen jätteen ja kuluerän sijaan saadaan raaka-ainetta kierrätettyä takaisin uusiokäyttöön jotta uuden (virgin) kylmäaineen valmistus ja maahantuonti voitaisiin hallitusti ajaa alas. Maailmanlaajuisesti.
Uuden kylmäaineen valmistukseen tarvittavat raaka-aineet louhitaan kaivoksista. Luonnonvaroja on rajallisesti ja niiden jatkuva louhinta synnyttää mittavia päästöjä ja ympäristöhaittoja.
Uudenveroiseksi kierrätetyn (regeneroidun) kylmäaineen raaka-aineena toimii talteenotettu kylmäaine joka luokitellaan vaaralliseksi jätteeksi ja hävitettiin aiemmin polttamalla.
Esimerkiksi yrityksemme regeneroitu kylmäaine on talteenotettu raaka-aineena Pohjoismaista ja kierrätetty uudenveroiseksi (regeneroitu) Helsingissä, AHRI-700 ja ISO 11650-1999 standardien mukaisesti.
Vaikka regeneroiduilla aineella on sama GWP kuin uudella vastaavalla aineella, regeneroidun aineen tuotannosta aiheutunut hiilijalanjälki on laskelmiemme mukaan 1000x pienempi. Yksityiskohtaisempi selitys alla.
Hiilijalanjälki
Uuden kylmäaineen tuotannosta syntyy (upstream) päästöjä 5 – 16,7kg CO2-ekv. per tuotettu kg.
Esimerkiksi HFC-aineista R134A:n no credit luku on 5 CO2-ekv. ja HFO-aineista R1234yf:n vastaava luku 13,7kg.
Korkein no credit luku on R404A-seoksella, 16,7 kg CO2-ekv. per tuotettu kg. AHRI-700 standardin mukaisesta analyysista aiheutuneita päästöjä ei lähteiden mukaan oteta huomioon.
Kuljetukset meriteitse (USA) Eurooppaan aiheuttavat 0,3681kg CO2-ekv./kg edestä päästöjä.
Yhteensä uuden kylmäaineen tuotannosta ja kuljetuksista syntyy 5,3681- 17,0681 kg CO2-ekv, eli keskiarvo HFC-aineille on 11,21kg CO2-ekv., per tuotettu kg.
(ICCT_RefrigerantsImpacts; cold.org; VTT.)
Laskelmissa ei olla otettu huomioon hävityksestä eikä vuodoista aiheutuneita päästöjä (IPCC:n mukaan vuonna 2019 F-kaasuvuotojen osuus EU:n vuosittaisista kasvihuonekaasujen kokonaispäästöistä oli 3 % (~80Gt CO2-ekv.) ja Suomessa 3 % (1,5Mt CO2-ekv.). Jos aine hävitetään, hävitykseen kuluu energiaa jonka CO2-ekv. on 1,5/kg
Regeneroidun aineen tuotannosta aiheutuvat päästöt perustuvat puhdistusprosessiin AHRI-740 standardin mukaisella laitteistolla (0,0294 kWh/kg tai 0,00383 kg CO2-ekv./kg) sekä kaasukromatografilla tehtävän komponenttianalyysiin.
Kiertotalousmallin mukaisesti aineita ei hävitetä, tai hävitetään huomattavasti vähemmän.
Yhteensä regeneroidun kylmäaineen (keskiarvo) hiilijalanjälki on 0,01 kg CO2-ekv. per tuotettu kg.
Kylmäaineen regeneroinnin avulla asiakkaat saavat maksimaalisesti hyödynnettyä omat resurssinsa pidentämällä kylmälaitteiden elinkaarta ja vähentämällä samalla päästöjä.
Eco Scandic Oy on ainoa yritys Pohjoismaissa jolla on kylmäaineen regenerointiin eli uudenveroiseksi kierrättämiseen tarvittavat vaarallisten kemikaalien käsittelyluvat, ympäristölupa sekä hyväksytyt End-of-Waste-kriteerit.
Lähteet:
ASHRAE. 2006. ASHRAE Handbook of Refrigeration 2006 Chapter 8, Refrigerant containment, recovery, recycling, and reclamation. ASHRAE, 1967. [Viitattu 3.1.2017]. ISBN-10: 1931862869
The carbon footprint of household energy use in the United States (https://www.pnas.org/content/117/32/19122)
Calm J. M. 2007. The next generation of refrigerants – Historical review, considerations, and outlook. International journal of refrigeration 31 s.1123–1133. [Viitattu 7.12.2015]. Saatavissa: doi:10.1016/j.ijrefrig.2008.01.013
Hakala P. 2007. Kylmäaineiden kehitystyö hiilidioksidista hiilidioksidiin. Suomen jäähdytystekniikan museo. [Viitattu 3.1.2017]. Saatavissa: http://www.kylmamuseo.fi/Kylmaaineiden_kehitys.pdf
Hakala P., Kaappola E. 2013. Kylmälaitoksen suunnittelu. Juvenes Print – Suomen Yliopistopaino Oy, Tampere, 2013. [Viitattu 3.1.2017]. ISBN: 978-952-13-5360-4
IIFIIR. A Brief History of Refrigeration. International institute of refrigeration. 177, boulevard Malesherbes, 75017 PARIS, France. [Verkkojulkaisu]. [Viitattu 30.12.2016]. Saatavissa: http://www.iifiir.org/userfiles/file/webfiles/in-depth_files/History_refrigeration_Duminil_EN. pdf
Jokela M. 2010. Kylmäaineiden historiasta nykypäivään. Kehittyvä Elintarvike. Elintarvikealan tiede- ja ammattilehti. Julkaisu nro. 5/2010. [Viitattu 30.12.2016]. Saatavissa: http://kehittyvaelintarvike.fi/teemajutut/kylmaaineiden-historiasta-nykypaivaan
Nobel Media AB. 2014. ”The Nobel Prize in Chemistry 1995”. Nobelprize.org. [Verkkosivusto]. [Viitattu 30.12.2016 ]. Saatavissa: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1995/
Sarma K. M. & Bankobeza G. M. 2000. The Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer. Secretariat for The Vienna Convention for the Protection of the Ozone Layer & The Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer. United Nations Environment Programme, PO Box 30552, Nairobi, Kenya, web site: http://www.unep.org/ozone. [Viitattu 2.1.2017]. Saatavissa: ozone.unep.org/pdfs/Montreal-Protocol2000.pdf. ISBN: 92-807-1888-6 UNFCCC. 2017. Verkkosivu. [Viitattu 3.1.2017]. Saatavissa: http://unfccc.int/2860.php
UNTC. 2017. Doha Amendment to the Kyoto Protocol. United nations treaty collection. STATUS AS AT : 19-03-2017 07:31:02 EDT. [Viitattu 20.3.2017]. Saatavissa: https://treaties.un.org/Pages/ViewDetails.aspx?src=TREATY&mtdsg_no=XXVII-7-c&chapter =27&clang=_en
YM. 2016. Maailmanlaajuinen sopimus HFC-yhdisteiden käytön vähentämiseksi syntyi Kigalissa. Tiedote 15.10.2016. [Viitattu 20.3.2017]. Saatavissa: http://www.ym.fi/fi-FI/Kansain-valinen_yhteistyo/Maailmanlaajuinen_sopimus_HFCyhdisteiden(40642)
https://theicct.org/sites/default/files/publications/ICCT_RefrigerantsImpacts_20130909.pdf
http://lipasto.vtt.fi/yksikkopaastot/tavaraliikennee/vesiliikennee/monikayttoe.htm