Το Decarbonization (Απανθρακοποίηση) του κλάδου της ψύξης, και πως μπορεί να βοηθήσει
το CO2 προς την επίτευξή του. Με τον κυριολεκτικό όρο απανθρακοποίηση, ονομάζουμε την απομάκρυνση ή την μείωση του άνθρακα. Αν και συνήθως συνδέεται με τις εκπομπές CO2, ο όρος περιλαμβάνει όλες τις εκπομπές αερίων που επιβαρύνουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Με έναν γενικότερο ορισμό, περιλαμβάνει όλες τις ενέργειες οι οποίες στοχεύουν στην μείωση των αερίων του θερμοκηπίου ή στην αντιστάθμισή τους με στόχο να επιτύχουν την ουδετερότητα άνθρακα άρα και την βιωσιμότητα του περιβάλλοντος που επιτρέπει την ευημερία των ανθρώπων.
Γράφει ο Δαλαβούρας Δημήτριος, Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ, MSc, MBA
OPMP ASHRAE Certified Γενική Ψυκτική ΑΤΕΚΕ
Υπάρχουν 3 τρόποι επίτευξης του decarbonization:
1) Ενεργειακή αποδοτικότητα. Υπήρχε πάντα ενδιαφέρον για την ενεργειακή αποδοτικότητα των ψυκτικών κυκλωμάτων, ωστόσο ήταν περισσότερο εστιασμένο στη μείωση του κόστους λειτουργίας της εγκατάστασης. Τα σύγχρονα γεγονότα και η εκτίναξη των τιμών ρεύματος έκανε ακόμα πιο επιτακτική την ανάγκη μετακίνησης σε ενεργειακά αποδοτικότερα συστήματα. Εκτός όμως από το όφελος της μείωσης του κόστους ενέργειας για τη λειτουργία των ψυκτικών εγκαταστάσεων, έχουμε επιπλέον όφελος ότι με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνουμε και τη μείωση και των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.
Η χρήση του CO2 (R744) ως ψυκτικό μέσο μας δίνει τη δυνατότητα να επιτύχουμε αποδοτικότερη λειτουργία των ψυκτικών εγκαταστάσεων. Οι θερμοδυναμικές ιδιότητες του CO2 είναι εξαιρετικές με κύρια μειονεκτήματα την υψηλή πίεση και το χαμηλό κρίσιμο σημείο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σε υψηλές θερμοκρασίες το σύστημα να λειτουργεί με το ψυκτικό μέσο σε υπερκρίσιμη κατάσταση. Η αποδοτικότητα λοιπόν των ψυκτικών εγκαταστάσεων με ψυκτικό μέσο CO2 σε θερμά κλίματα υπολείπεται των παραδοσιακών συστημάτων.
Η εξέλιξη της τεχνολογίας και η πανευρωπαϊκή τάση χρήσης του CO2 έχει όμως οδηγήσει σε νέες τεχνολογίες και μεθόδους που επιτρέπουν στα συστήματα CO2 να έχουν σημαντικά καλύτερη αποδοτικότητα από αυτή των συστημάτων με τα παραδοσιακά ψυκτικά ρευστά. Τρόποι βελτίωσης της αποδοτικότητάς τους είναι:
-Παράλληλη συμπίεση
-Χρήση ejectors υψηλής πίεσης
-Χρήση ejectors χαμηλής πίεσης
-Χρήση ejectors υγρού
-Χρήση εναλλάκτη πίεσης
Και στις 5 αυτές λύσεις επιτυγχάνεται η μείωση του λόγου πίεσης των συμπιεστών της υψηλής βαθμίδας με συνέπεια την βελτίωση του συντελεστή αποδοτικότητας (COP) του συστήματος.
Άλλες λύσεις εξοικονόμησης ενέργειας περιλαμβάνουν την χρήση δευτερεύοντος συστήματος με το οποίο ψύχουμε το CO2 μετά την έξοδό του από το gas cooler, την χρήση εσωτερικών εναλλακτών θερμότητας ώστε να μειωθεί η θερμοκρασία του CO2 μετά την έξοδό του από το gas cooler και την επιλογή αδιαβατικού gas cooler που επιτρέπει την λειτουργία του συστήματος σε χαμηλότερες πιέσεις και για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στην subcritical λειτουργία του η οποία είναι αποδοτικότερη.
2) Μείωση των άμεσων εκπομπών. Αν και συχνά δεν εστιάζουμε σε αυτές, οι άμεσες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου λόγω διαρροών του ψυκτικού μέσου στο περιβάλλον έχουν σημαντικό μερίδιο εκπομπών, που μπορεί να ξεπερνάει και τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου λόγω της κατανάλωσης ενέργειας του ψυκτικού συστήματος. Τα ψυκτικά μέσα με υψηλές τιμές GWP καθιστούν τις διαρροές ακόμα και μικρών ποσοτήτων πολύ σημαντικές για το αποτύπωμα άνθρακα μίας ψυκτικής εγκατάστασης. Για να κατανοήσουμε πόσο σημαντικές είναι οι άμεσες εκπομπές μπορούμε να δούμε κάποια στοιχεία:
-Σύμφωνα με τον οργανισμό προστασίας του περιβάλλοντος των ΗΠΑ (EPA), οι απώλειες ψυκτικού μέσου από τα ψυκτικά κυκλώματα των super market, είναι κατά μέσο όρο 25% της συνολικής τους πλήρωσης ετησίως
– Στην Καλιφόρνια το 4-5% όλων των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου οφείλονται στις διαρροές των ψυκτικών ρευστών HFC.
-Παγκοσμίως ο κλάδος της ψύξης συνεισφέρει στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά 1%
-Στην Ευρώπη οι απώλειες ψυκτικών ρευστών HFC αποτελεί το 2,5% των συνολικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.
Αν αναλογιστούμε ότι το 40% όλων των τροφίμων απαιτούν ψύξη και καθώς η μέση θερμοκρασία του πλανήτη αυξάνεται θα αυξηθεί και η ανάγκη για ψύξη καταλαβαίνουμε πόσο απαραίτητη είναι η χρήση ψυκτικών μέσων χαμηλού GWP. Επιπλέον η ανάγκη για ψύξη στις αναπτυσσόμενες χώρες αναμένεται να αυξηθεί ραγδαία επιτείνοντας το πρόβλημα. Το CO2 έχει τιμή GWP=1. Tο R404A οποίο ήταν το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο ψυκτικό ρευστό σε αυτές τις εγκαταστάσεις έχει GWP=3922.
Ο κανονισμός F-gas έθεσε περιορισμούς και για το λόγο αυτό οι περισσότερες εγκαταστάσεις μετακινήθηκαν στη χρήση του ψυκτικού ρευστού R449A το οποίο όμως και αυτό έχει τιμή GWP=1397, που σημαίνει ότι η απώλεια 1 kg R449A επιβαρύνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου όσο μία διαρροή 1397 kg CO2. Αν γινόταν αύριο να καταργηθούν όλες οι ψυκτικές εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν ψυκτικά ρευστά HFC, θα μπορούσαμε να αποτρέψουμε την παγκόσμια άνοδο θερμοκρασίας κατά 0,5oC μέχρι το 2100. Σε μία μελέτη του Ευρωπαϊκού προγράμματος LIFE σύγκριναν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου δύο ψυκτικών εγκαταστάσεων εκ των οποίων η μία λειτουργούσε με ψυκτικό ρευστό R410A (GWP=2088) ενώ η δεύτερη λειτουργούσε με CO2. Μάλιστα επιλέχθηκε απλή μονάδα booster CO2 χωρίς την ύπαρξη άλλων τεχνολογιών βελτίωσης της αποδοτικότητάς του.
Στη μελέτη λοιπόν, το σύστημα CO2 κατανάλωσε κατά 4% περισσότερη ενέργεια για την λειτουργία του και χρησιμοποιήθηκε σαν δεδομένο ότι και οι δύο μονάδες είχαν απώλειες 1% της πλήρωσής του ετησίως. Το τελικό αποτέλεσμα έδειξε ότι τελικά οι συνολικές εκπομπές (άμεσες και έμμεσες) του ψυκτικού συστήματος με ψυκτικό ρευστό R410A ήταν κατά 37% υψηλότερες από το σύστημα που λειτουργούσε με ψυκτικό ρευστό το CO2. Αν οι απώλειες είναι μεγαλύτερες από 1% η διαφορά αυτή γίνεται ραγδαία χειρότερη για το σύστημα με ψυκτικό ρευστό R410A.
3) Εξηλεκτρισμός. Γενικά τα ψυκτικά συστήματα λειτουργούν με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο συχνά ένα ψυκτικό κύκλωμα έχει τη δυνατότητα μέσω ανάκτησης θερμότητας να προσφέρει θερμότητα είτε για κλιματισμό είτε για παραγωγή ζεστού νερού αποτρέποντας με αυτό τον τρόπο τη χρήση πετρελαίου ή φυσικού αερίου. Αν και το πετρέλαιο, το κάρβουνο και το φυσικό αέριο χρησιμοποιούνται ακόμα στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, το ηλεκτρικό δίκτυο εξελίσσεται προς λιγότερο ρυπογόνες πηγές.
Οι ανανεώσιμες πηγές αναλαμβάνουν ολοένα αυξανόμενο μερίδιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ειδικά σε περιόδους μη αιχμής. Οι ψυκτικές εγκαταστάσεις που λειτουργούν με ψυκτικό μέσο το CO2 έχουν συνήθως υψηλότερη θερμοκρασία κατάθλιψης, επομένως μπορούν να προσφέρουν νερό υψηλότερης θερμοκρασίας από τα παραδοσιακά συστήματα. Επιπλέον καθώς στο gas cooler το CO2 δεν συμπυκνώνεται έχουμε τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε πολύ μεγαλύτερο ποσοστό της απορριπτόμενης στο περιβάλλον θερμότητας.
Συνοψίζοντας, βλέπουμε ότι η χρήση του CO2 ως ψυκτικό μέσο μπορεί να μας προσφέρει ψυκτικές εγκαταστάσεις καλύτερης ενεργειακής αποδοτικότητας ενώ οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου από τις απώλειες των εγκαταστάσεων είναι χιλιάδες φορές χαμηλότερες από τα συμβατικά ψυκτικά ρευστά. Αν η εγκατάσταση προβλέπει την ανάκτηση θερμότητας, το πλεονέκτημα των συστημάτων CO2 γίνεται ακόμα μεγαλύτερο, ελαχιστοποιώντας το αποτύπωμα άνθρακα της εγκατάστασης.
