Yleistä tietoa kylmäaineista ja kierrätyksestä

 

 

  • Yleistä tietoa kylmäaineista - mitä kylmäaineet ovat?

  • Tietoa F-kaasuasetuksesta ja HFC-aineiden kierrätyksen rooli

  • Kylmäaineen regenerointi ja hiilijalanjälki



Kylmäaineet - historia ja ympäristönäkökohdat

 

Kylmäaineita sisältävät kylmälaitteet ovat osa ihmisten jokapäiväistä elämää ja niiden toiminta on yhteiskunnan kannalta välttämätöntä. Kylmäaineita on auton ilmastointijärjestelmissä, ilmalämpöpumpuissa ja niillä tuotetaan kaukolämpöä voimalaitoksissa. Kylmäaine on neste jolla on alhainen kiehumispiste ja soveltuu hyvin kuljettamaan lämpöenergiaa.

 

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-kaasujen osuus maailman kasvihuonekaasujen kokonaispäästöistä oli 2 %. Vastaava luku EU:ssa oli 3 %  ja Suomessa 3 %.

 

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.

 

 Muinainen jäähdytysmuoto eli lumi ja jää

 

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.

 

 

Air Source Heat Pumps Explained - Which?

 Ilmalämpöpumppujen ulkoyksiköt. Ilmalämpöpumpuissa on yleensä joko R410A tai R32 kylmäainetta.

 

 

 

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.

 

kaavio


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 kielletään 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 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. Alla näkyvässä kuvaajassa 1 on esitetty uusien kylmäaineiden maahantuontirajoitukset EU:n alueelle vuosille 2015-2030. (F-kaasuasetus 2014)

 

 

 

Regeneroitu kylmäaine - mitä se tarkoittaa?

 

Regenerointi on talteenotetun kylmäaineen uudenveroiseksi kierrättäminen. Kylmäainetta voi kutsua regeneroiduksi, kun se on läpikäynyt AHRI-740 ja ISO 11650 standardit täyttävän laitteiston tekemän puhdistusprosessin ja regeneroinnin jälkeinen tehtävän laboratorioanalyysin täyttäen AHRI-700 laatustandardit.

 

Vaikka regeneroiduilla aineella on sama GWP kuin uudella vastaavalla aineella, sillä on 1000x pienempi hiilijalanjälki.

 

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 syntyy päästöjä 0,01 kg CO2-ekv. per tuotettu kg. Tuotanto sisältää puhdistusprosessin AHRI-740 standardin mukaisella laitteistolla (0,0294 kWh/kg tai 0,00383 kg CO2-ekv./kg) sekä kaasukromatografilla tehtävän komponenttianalyysin.
Kiertotalousmallin mukaisesti aineita ei hävitetä, tai hävitetään huomattavasti vähemmän.

 

Yhteensä regeneroidun kylmäaineen (keskiarvo) hiilijalanjälki on 0,01 kg CO2-ekv. per tuotettu kg. Regeneroidun kylmäaineen hiilijalanjälki on siis 1000x pienempi uuteen vastaavaan aineeseen verrattuna.

 

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.

                                                                                                             

 

Lue lisää kiertotaloudesta, kylmäaineiden regeneroinnista ja talteenotosta: ecoscandic.fi

 

 


 

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

 

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://www.cold.org.gr/library/downloads/Docs/Guideline%20for%20life%20cycle%20climate%20performance%202015.pdf

 


http://lipasto.vtt.fi/yksikkopaastot/tavaraliikennee/vesiliikennee/monikayttoe.htm

 


https://www.researchgate.net/publication/227122407_Decomposition_Mechanism_of_Fluorinated_Compounds_in_Water_Plasmas_Generated_Under_Atmospheric_Pressure