空调制冷剂与全球气候变暖

付淑娥，郭岳达

（内蒙古民族大学 法学与历史学院，内蒙古 通辽 028000）

2022年8月15日，美国《国家科学院院刊》发表的一项研究表明，如果使用丙烷（R290）作为空调制冷剂，到21世纪末可以减少全球平均气温上升约0.1℃。空调制冷剂的变迁史，充分反映了人类对空调制冷剂温室效应认知的变化。在大力应对全球气候变化的今天，厘清空调制冷剂在温室气体排放及全球变暖中的影响，寻找稳定可靠的制冷剂替代品，已成为阻止全球平均气温上升的有效手段之一。

空调、温室气体排放与全球变暖

近年来，全球气候变暖的趋势愈发明显。据报告，2022年6月的全球平均气温创下1979年以来的最高点。其中，处于高纬度的欧洲国家如英国、法国等出现了前所未有的40℃以上的高温天气，北美地区的多个城市的最高温度甚至超过了42℃。在中国，高温热浪天气也不断出现，国家气候中心的监测数据表明，基于高温热浪天气持续时间、平均强度及影响范围等综合考量，2022年是我国1961年以来有完整气候记录后的温度最高的一年。

高温热浪天气持续时间长、影响范围广，不仅会对经济社会发展和自然生态环境造成巨大危害，如高温干旱使得河流枯竭、森林火灾频发、水力发电量锐减等，同时还会对人体健康造成直接伤害，如这个夏天世界多地出现了热射病导致人们死亡的情况。全球气候变暖的元凶是温室气体排放，除了二氧化碳这一温室气体之外，氢氟碳化合物（HFC）等其他的温室气体排放也是重要原因之一。HFC 是空调制冷剂的主体，特别是在发展中国家的空调产业中有着广泛的应用，排放量每年在以10%的速度增长。

作为空调制冷剂的主体，HFC 排放量不断增加的原因，是在极热天气下人们对空调使用量变大、使用时间加长所导致的。从1990年至今，全球空调的销售量将近增加了2 倍，达到了16 亿台，其中半数销在美国和中国。生活在地球上最热区域的28 亿人当中，人均拥有的空调覆盖率也在不断增长，其中日本达到了91%，美国为90%，韩国为86%，中国达到60%。人们不断增长的制冷需求不仅导致了HFC 的大量排放，更为各国的电力系统带来了巨大的压力。在中东、美国的部分地区，如果出现极端高温天气，空调制冷的用电量通常会占到该建筑物用电量的70%以上。随着全球平均气温的上升，高温影响的范围不断拓宽，未来将会有更多的人有购买空调的动力，同时随着收入的增长，也使得这一动力能够转化为现实。国际能源署（IEA）认为，未来30年内，空调的使用量会大幅度飙升，空调数量将会激增至56 亿台，成为全球电力需求增长的主要推动力量之一。其中，中国、印度、印尼等国家用于制冷的电力将占到全球制冷电力的50%。

但其实，空调发明的初衷并不是为了人们应对高温、提升生活舒适度。1902年的夏天，美国纽约的天气极为湿热，布鲁克林地区的一家印刷厂受湿热天气困扰，导致其印刷的纸张变形，油墨干的速度变慢。为此，这家印刷厂就请当时专门制作风箱的水牛城锻造公司为其设计一个可以控制空气湿度的系统。该公司研发部的威利斯•开利根据印刷所需的温度与湿度，设计出“空气处理仪”，让空气凝结出水，然后集中排出，将空气湿度稳定在55%左右，从而成功解决了印刷厂油墨不干、纸张变形等问题。这种空气处理仪后来经过改良后，就成为人们如今生活中不可缺少的空调。

经过一百多年的发展，空调已成为人们应对炎热气候的利器。但这一时代的“宠儿”也正在变成全球气候变暖的元凶之一。空调以两种方式来影响气候变化：一是使用空调时，需要消耗大量的电能，而发电过程本身会排放出大量的温室气体，只有那些使用可再生能源电力的情况下例外；二是空调中的HFC 制冷剂会大量泄漏到空气中导致温室气体排放量增加。

当前，化石燃料发电依然是全球电力供给的主要方式。2018年，化石燃料的发电量占到了全球总发电量的65%，其中，煤炭占37%、天然气占24%、石油占4%。化石燃料每发一度电平均需要排放二氧化碳505 克。按此计算，全球空调一年所消耗的电力约为2 000 太瓦时，相当于非洲地区用电总量的2.5 倍，提供这些电能所排放的二氧化碳达到了11.3 亿吨。到2050年，随着空调使用量及使用频率的增加，给空调提供电力供应所排放的二氧化碳将会达到22.8 亿吨。如此巨量的二氧化碳排放，必然会进一步导致全球变暖，而温度升高反过来又会促使更多的人安装和使用空调，形成一种恶性循环。

HFC 作为空调制冷剂，目前几乎是所有发展中国家的空调所使用的制冷剂，其原本是氯氟烃（HCFC）的替代品，如今已成为地球上排放量增长最快的温室气体之一。因HCFC 的泄露及排放会破坏臭氧层，1987年的《蒙特利尔议定书》禁止将其作为空调制冷剂，转而用HFC代替。尽管HFC 泄露及排放不会破坏臭氧层，但其在地球气候变暖中扮演了重要角色，其所造成的温室效应是二氧化碳的近千倍。科学家认为，如果在接下来的100年来，继续以HFC 作为空调制冷剂，仅其泄露所造成的温室效应，就足以使得地球平均气温上升1℃。

无疑，人们在使用空调时，是给自己降温，但却是给地球加热。在人们对空调等制冷设备需求量不断增长的情况下，人为导致的气候变暖问题将更加严峻。

空调制冷剂的变迁历程

人们对制冷剂的认知，也是对制冷剂温室效应变化的认知。在空调业发展历史上，制冷剂始终是决定空调实用性和使用效率的关键因素。早期的制冷剂多是自然界中较为容易获得或是较为容易制取的物质，如二氧化碳、氨、乙醚等。但是这些制冷剂最后都因为实用性不足或使用效率不高而被淘汰，20世纪50年代，热力性能更好的氟利昂成为制冷剂后，早期的制冷剂就退出了市场。

1929年，美国通用公司合成出二氯二氟甲烷（R12，即氟利昂-12），以后又相继出现了R11、R22 等氟利昂系列卤代烃化合物。这些有机化合物因无毒、不易燃烧且极具稳定性，很快就取代了自然物质制冷剂，大量用作家用空调、汽车空调、家用冰箱、小型冷库等的制冷剂，到1970年初，卤代烃化合物的年产量达到了近千万吨，并呈持续增长态势。但是，氟利昂作为化学性质稳定的人工合成物质，在自然状态下难以分解且能够长时间存在，当其挥发后可一直扩散到平流层，能够在平流层与臭氧层相遇。与臭氧层相遇后，因受到太阳光的强烈照射，含氟的氟利昂分子（氯氟碳化合物，CFC）就开始分解出游离氯原子，氯原子进而催化分解臭氧分子。随着氯原子的不断释放，臭氧分子不断被催化分解，从而使得臭氧层遭到破坏，变得稀薄。而因为氟利昂的大量使用，南极、青藏高原上空的臭氧空洞日渐扩大。

替代CFC 的是HCFC，在空调制冷中运用最广泛的是HCFC 中的R22，该制冷剂自1936年问世以来就以其优越的性能获得了广泛的应用。但是，同样因其对臭氧层的破坏性及其自身较高的温室效应值，R22 分别在1987年被《蒙特利尔议定书》、1992年被哥本哈根气候变化大会列入逐步禁用的范围，到1995年的维也纳气候会议明确了其禁用的日程，直到2010年被全部淘汰。

过去30年来，全球在削减HCFC 排放方面取得了明显成效，从而避免了臭氧层被进一步破坏。目前，在全球范围内替代HCFC 的主要是HFC，以中国为例，全球80%以上的空调产能都集中在中国，而以R32 和R410A 为代表的HFC 已成为应用最广的制冷剂。HFC虽然对臭氧层无害，但其GWP 值（全球变暖潜能值）很高，已成为近年来排放速度增加最快的温室气体之一。而随着全球平均气温的不断升高，管控具有明显温室效应的排放物及寻求其替代品成为遏制全球气候变化的重要措施，因此寻求HFC 的替代品也成为当务之急。

欧盟作为全球应对气候变化行动的领导者，近年来饱受高温天气影响，因此一直在致力于推动削减HFC 的用量与排放。2022年4月，欧盟委员会公布了新的氟化气体F-gas 法案，作为执行《基加利法案》的基础，该法案特别注重对HFC 等非二氧化碳温室气体排放的控制。按照F-gas 法案的规定，R32 作为空调制冷剂的使用时间只能持续到2025年，此后用R32 作为制冷剂的空调无法出口到欧盟地区。欧盟削减HFC 等非二氧化碳温室气体排放的进程明显要快于世界其他国家和地区。

而在全球变暖形势日渐严峻的情况下，寻找更加实用、环保的制冷剂一直是空调行业发展面临的重要问题，从R12、R22、R410A 到R32，空调制冷剂在过去百余年时间内经历了多次更迭。R32 制冷剂虽然具备一定的可燃性，使得消费者对此有所顾虑，但其不会破坏臭氧层，同时具备相对较低的GWP 值及效率较高的制冷效果，已成为空调行业使用最多的制冷剂。但在遏制全球平均气温上升的背景下，任何具有GWP值的温室气体排放对于地球而言都是具有重大影响的。寻找更好的新型制冷剂，削减R32 的使用量及范围就显得极为必要。就当前科研人员的实验及空调生产实践看，天然工质丙烷（R290）、丁烷（R600）都是较好的潜在替代品，这两者的GWP 值均比R32 低很多，其中R290 在20年间积累的GWP 值仅为0.072，100年之内的GWP 值也只有0.02；R600 的GWP 值就更低，100年也只有0.006。然而，这两者与R32 相比，化学性质不够稳定，具有易爆属性，在一定程度上会加大普及和推广的难度，对空调生产过程、品质及安装标准均提出了更高的要求。

丙烷制冷剂的应用及前景

2022年夏天在全球各地蔓延的40℃以上的高温不断刷新着历史记录，也加深了人们对于全球气候变暖的认知。亲身经历了如此酷热天气的普罗大众，再也不会像以前那样认为全球气候变化距离自己很遥远。遏制全球气候变暖，减少高温热浪等各类极端天气的出现频率，已是世界各国共同面对的问题。HFC 作为空调制冷剂的用量在不断扩大，排放及挥发到大气中的量也不断增加，这一具有明显温室效应的温室气体，自然应成为严格管控的对象。随着《基加利法案》、欧盟F-gas 法案等的生效及实施，使得空调普及率不高的欧洲消费者对削减HFC有了更高的期待。高温天气的频发以及政策因素的影响，寻求HFC 制冷剂的替代品已变得刻不容缓。令人欣慰的是，作为全球空调生产和消费最大的国家，中国以R290为代表的HFC 替代方案在技术上日渐成熟，在实践中逐步落地，必将能够为全球削减HFC 做出应有的贡献。

2021年9月，《基加利法案》正式在中国生效。按照这一法案确立的HFC 削减时间表，中国应在2024年将HFC 的消费量削减到冻结基准线以下，从2029年开始逐步减少，到2045年将在冻结基准线水平上削减80%以上。自这一修正案在中国生效以来，中国政府相关部门就已经开始就修正案要求的削减目标采取了切实的行动。2021年9月29日，生态环境部、国家发改委、工信部等三部门共同公布了修订后的《中国受控消耗臭氧层物质清单》。这份10年未能修改的清单此次做了较大的改动，在清单中新增了18 种HFC 受控物质，包括作为空调制冷剂的R32 和R410A。从2021年10月份开始，中国各级生态环境部门已按照修订后的清单要求，持续开展了受控物质的专项执法行动，使得中国削减HFC日渐步入法治化、规范化的轨道。2021年11月1日，HFC 进口许可证制度正式实施。按照这一制度要求，从事HFC 进出口业务的各类企业，需要按照《消耗臭氧层物质进出口管理办法》中的规定，经生态环境部批准后向商务部申请进出口许可证，海关部门按照进出口许可证办理通关。2021年12月，生态环境部、国家发改委、工信部联合下发的《关于严格控制第一批氢氟碳化合物生产建设项目的通知》中要求，从2022年1月1日开始，各地不再新建、扩建通知中所列的用作制冷剂、发泡剂的HFC 化工生产线、生产项目，已经通过环评报告审批的除外。由此而言，自从《基加利修正案》在中国生效以来，中国政府采取了切实的措施来管控和削减HFC 的进出口及生产。从这个角度看，中国空调的生产、消费、出口等也必将面临削减HFC 的巨大压力。

基于法律、政策及减少温室气体排放的实际要求，空调行业作为非二氧化碳温室气体排放的重要领域，需要推进制冷剂的替代及相关生产工艺的升级。R290 作为HFC 制冷剂的替代物，一直受到较高的关注。但要大规模的替代应用，在相关技术标准上还面临障碍。可喜的是，2022年6月，国际电工委员会（IEC）修订了R290 作为空调制冷剂的充注标准。按照这一新的国际标准，空调生产企业以现有的技术手段，可将每台空调R290 的最高充注量提升到988 克。这一标准的发布，彻底改变了过去R290 只能作为功率在2HP 以内的家用空调制冷剂的历史。R290 充注量提高之后，可以覆盖全系列空调挂机，在理论上也可以用R290 充注到空调柜机上。随着R290 作为制冷剂得到国际标准认可后，其在空调制冷剂方面的应用优势必将得到进一步的发挥，R290 空调的市场化步伐必将大大加速。

中国拥有全球最大的空调生产产能，对全球削减HFC 进程具有重大影响。只要中国空调生产企业能够切实推进技术革新和生产工艺升级，用R290 来替代HFC 作为制冷剂，不仅能够直接减少HFC 的排放，还能带动世界其他国家和地区空调制冷剂的替代进程。中国家用电器协会数据显示，截至2022年6月，制冰机行业的制冷剂几乎全部换成了R290，R290 作为制冷剂的制冰机年产量达到150 万台；热泵干衣机领域用R290 作为制冷剂的产品比重也在不断上升，占到了行业产量的80%，年产量达300 万台。在欧洲地区，R290 作为制冷剂的除湿机、移动空调等生产规模也在不断扩大。无疑，随着R290 作为制冷剂在空调之外的其他领域和行业得到广泛应用，必将进一步完善相关技术，使得R290 空调的安全性、低碳性能得到进一步提升。

从技术角度看，R290 是唯一能够满足《基加利修正案》要求的制冷剂。但是，因标准的限制、专业安装和维修人员的不足，一直以来，R290 空调的市场化面临着很多的挑战。生态环境部对外合作与交流中心官员李小燕表示，当前，R290 空调的市场化推进依然是空调行业制冷剂替代发展的主要目标。尽管替代发展之路较为艰辛，但中国空调行业一直在开展R290 制冷剂的替代工作，并取得了较大的成绩。

当前，中国已有20 多条家用空调生产线完成了R290 的技术改造和转换。其中，在空调一体机领域，采用R290 的除湿机、移动机销量增长较快，特别是欧盟的F-gas 法案实施以来，具有低碳环保、安全性较高的R290 空调一体机在欧盟市场上销售大增。在分体机方面，自从IEC 修订了R290 最高充注量标准后，R290的性能优势也得到了极大的发挥，相关应用有望得到扩展。这些工作使得R290 空调的市场化进程在加快。中国家用电器协会统计数据显示，截至2021年年底，中国分体式空调销售突破了20 万台，一体机销售突破了100 万台。在海外市场，同样也迎来了新的突破，以美的空调为例，早在2014年其生产的R290 空调就已经进入了欧洲市场，截至2021年年底，超过150 万台的R290 空调进入了欧盟市场。2021年8月，美的集团All EASY 系列R290 分体式空调获得了欧盟地区销售许可证，第一批空调已经运抵德国，且呈现良好的销售势头。

早在2009年，美的集团就启动了R290 空调的研发工作，成为行业发展的先驱。中山大学李廷勋教授表示，美的空调以构建绿色供应链和产业链为目标，将绿色、低碳、环保作为空调生产的基本要求，通过不断加大科研投入来推动R290 作为空调制冷剂技术的落地及R290 空调的市场化，是我国企业积极履行“双碳”目标的重要表现。美的的探索是我国空调行业围绕R290 技术应用研究和市场化发展的一个缩影。R290 空调的生产及市场化进程，再次表明R290 空调的安全性可靠，为R290 作为制冷剂在空调及其他制冷工业中的应用和推广提供了相关的经验支撑。

与此同时，我国相关高校、科研院所、相关企业也围绕R290 制冷技术的安全性、可靠性、制冷效果及能效消耗、核心零部件及其标准等开展了大量的研究和推广工作，为R290 制冷技术的应用和市场化发展提供了有力支持。截至2021年年底，我国有近50 个地市建立了R290 空调安装及维修机构，已经完成了对数万名安装和维修人员的培训，大大夯实了R290 空调的安装和维修队伍；修订了与R290 空调生产、安装、使用等相关的国内行业标准，以此推动了IEC 国际标准的修订，使IEC 确立的最高充注量更加科学和严谨，为R290 空调的大规模市场化发展奠定了坚实的基础。中国家用电器协会窦艳伟副秘书长表示，《基加利修正案》在我国的生效，与我国“双碳”进程的推进具有较好地契合属性，也大大推进了空调行业淘汰HCFC 和管控HFC 的进程，R290 空调的市场化必将使空调行业重新洗牌。

联合国工业发展组织蒙特利尔议定书处处长奥尔•尼尔森（Ole Nielsen）认为，中国空调行业以技术创新和实践应用，为淘汰HCFC 和管控HFC 提供了有效的示范，这一符合国际环保标准的空调制冷技术和生产工艺，必将会吸引更多的国家和地区采用这种替代制冷技术，中国空调行业制冷剂的替代技术也将在全球低碳转型中发挥更大的引领作用。