CC BY
2
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОПАНА В КАЧЕСТВЕ ХЛАДАГЕНТА: ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Д.С. Константинов, аспирант
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им.
В.И. Ульянова
(Россия, г. Санкт-Петербург)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-2-2-127-131
Аннотация. Статья анализирует использование пропана как экологичного хладагента в холодильных системах. Рассматриваются экологические и экономические аспекты пропана, его эффективность по сравнению с традиционными хладагентами, а также практическое применение и опыт различных стран. Особое внимание уделяется экологической безопасности и потенциалу снижения углеродных выбросов.
Ключевые слова: пропан, экологические хладагенты, энергоэффективность, углеродные выбросы, холодильные системы, глобальное потепление.
Экологическая безопасность и производительность являются важными факторами при использовании энергетических ресурсов. Гидрохлорфторуглероды (HydroChloroFluoroCarbons - HCFC ^123)) и хлорфторуглероды (Chloro-FluoroCarbons - CFC ^22)) считаются эффективными хладагентами в работе с холодильными установками и системами кондиционирования. Однако их применение способствует разрушению озонового слоя и усилению парникового эффекта [1]. Это стимулирует поиск альтернативного и экологичного хладагента с высокой энергоэффективностью.
Применение пропана (К290) представляет собой одно из потенциальных решений этой проблемы. Это природный газ, который является возобновляемым источником энергии, имеет хорошие термодинамические свойства и не истончает озоновый слой.
Целью данного исследования является анализ возможностей применения Я290 в качестве хладагента с точки зрения экологических и экономических преимуществ, выявление потенциальных рисков и ограничений в его использовании. Статья представляет опыт разных стран по стимулированию перехода промышленности на использование Я290 в холодильных установках.
Исторический обзор. В 1987 году, в ответ на увеличение озоновых дыр в атмо-
сфере, вызванное выбросами HCFC и CFC, 190 стран подписали Монреальский протокол, который регулирует производство и использование химических веществ, разрушающих озоновый слой. Согласно заключению этого международного соглашения, озоноразрушающими веществами (ОВР) были признаны группы химических соединений, содержащие атомы хлора и брома. R123 и R22 были определены как хладагенты с содержанием ОВР в своем составе [2].
Страны Европейского союза ввели строгие ограничения по фторсодержащим газам и применению HCFC и CFC в холодильных установках. До 2030 года введен запрет на использование R123 и R22 в холодильных установках, морозильных камерах и системах охлаждения в автомобилях. Запрещено производить бытовые холодильники и морозильники с потенциалом глобального потепления (Global Warming Potential - GWP) выше 150.
За счет этого к 2030 году прогнозируется сокращение оборота HCFC на 79% в эквиваленте СО2 по сравнению со средним уровнем 2009-2012 гг. В герметичных холодильниках (используются в лабораториях, медицинских учреждениях и на производстве для материалов, которые требуют строго контролируемых условий хранения) и морозильниках для коммерческого использования с 2020 года запрещено использование веществ с GWP от 2500.
Пропан является углеводородом и обладает рядом важных характеристик, которые делают его эффективной альтернативой ИСБС - и СБС - хладагентам. Химический состав Я290 не содержит ОВР, что делает его экологически безопасным аналогом для работы с холодильными
установками. Главным экологическим преимуществом пропана является его низкий GWP (рисунок). В то время как многие традиционные ИСБС - и СБС - хладагенты имеют GWP до 11 000 единиц, GWP пропана составляет 3 единицы.
Рис. График сравнительных значений GPW традиционных хладагентов и R290
Экономические преимущества пропана, в качестве хладагента, заключаются в снижении операционных расходов и увеличении эффективности системы. Применение R290 в холодильных установках может привести к значительной экономии затрат, благодаря следующим факторам:
Высокий коэффициент производительности (Coefficient of Performance -COP). Исследования индийской компании Godrej group в 2017 году показали, что термодинамические свойства R290 увеличивают COP системы на 14% и снижают энергопотребление на 17,8%. Эти показатели позволяют уменьшить количество хладагента для заправки холодильной установки на 50%. Расход хладагента на холодильный контур становится 575 гр. [3].
Низкая стоимость. Цена пропана обычно ниже, чем многих современных ИСБС - и СБС - хладагентов. Это связано с тем, что Я290 является более доступным и менее подверженным регулятивным ограничениям, которые накладываются на Ю23 и Я22 в связи с их воздействием на окружающую среду.
Антикоррозийные свойства. Использование пропана может повысить надежность и срок службы холодильных систем, так как он обладает низкой химической активностью и не вступает в реакцию с большинством материалов, с которыми контактирует [4, 5]. Это делает его менее коррозийно-активным по сравнению с другими веществами, что потенциально снижает затраты на техническое обслуживание и ремонт.
Обзор глобального рынка. Производитель холодильных витрин JBG-2 (Польша) в 2022 году публикует данные, в которых отмечает значительный рост рынка оборудования на хладагенте Я290 за последние несколько лет. В 2019 году доля пропановых холодильных шкафов, проданных компанией, составляла всего 43% от холодильного оборудования в JBG-2, а в 2022 году уже 52% [6].
В 2023 году на международной конференции ATMOsphere были представлены данные рыночного исследования, по количеству установленных в магазинах США и Европы холодильных шкафов, использующих пропан в качестве хладагента. По данным ATMOsphere в декабре 2022 года в США насчитывалось 919 000 единиц такого оборудования, а в магазинах Европы количество соответствующих холодильных установок исследование оценило в 2,9 млн единиц.
Перспективы использования пропана особенно актуальны для секторов, где требуется высокая эффективность охлаждения при минимальном экологическом воздействии: пищевая промышленность, тор-
Изучение опыта различных стран в стимулировании предприятий к переходу на экологически чистые хладагенты показывает значительное влияние государ-
говля, общественное питание. В этих отраслях пропан может стать заменой традиционным хладагентам, снижая операционные расходы и углеродный след [7].
Однако, несмотря на множество преимуществ, важно учитывать и риски, связанные с использованием Я290. В промышленности, где существуют повышенные требования к безопасности, например в химической или нефтегазовой отраслях, использование пропана может быть ограничено из-за его воспламеняемости. Во многих странах уже разработаны стандарты и руководства по безопасному использованию пропана в холодильных установках.
Стоит отметить, что некоторые страны внедряют масштабные проекты по реализации экологических норм и стандартов, через популяризацию использования экологически чистых технологий. Такие программы могут сопровождаться государственными стимулами, субсидиями или налоговыми льготами для населения и предприятий, которые используют энергоэффективные холодильные системы на пропане (таблица).
ственных стимулов и субсидий на внедрение пропановых холодильных установок. Реализуемые программы способствовали увеличению использования экологически
Таблица. Опыт разных стран по стимулированию предприятий для перехода на экологичные хладагенты [8]__
Страна Государственные стимулы и субсидии Достигнутые результаты
Страны ЕС Программа Horizon 2020: объем в 31,7 млрд евро, финансирование более 10 000 грантов на внедрение холодильного оборудования. Увеличение количества исследований и проектов в области экологически чистых технологий.
США Программа Energy Star: налоговый кредит до 10% от стоимости холодильного устройства, экономия населения до 30 млрд долларов в год при оплате коммунальных услуг. Увеличение доли энергоэффективных зданий и установок, улучшение экологии.
Германия Субсидии до 150 000 евро для организаций использующих холодильное и климатическое оборудования на природных хладагентах. Повышение доли возобновляемых источников энергии, улучшение энергоэффективности.
Япония Субсидирование объемом в 48,7 млн долларов для 3 630 проектов на установки холодильного оборудования на природных хладагентах Снижение объема углеродных выбросов, увеличение числа экологически чистых производств.
Австралия Субсидии для внедрению энергоэффективного холодильного оборудования и технологий объемом в 4,8 млрд долларов. Улучшение экологических показателей, устойчивое развитие промышленности.
безопасных технологий и снижению угле- и энергоэффективности в холодильной ин-родных выбросов. Эти примеры подчерки- дустрии. R290, благодаря своим низким вают, что активная государственная под- показателям GWP и отсутствию вредного держка и финансовые стимулы могут быть влияния на озоновый слой, выступает как ключевыми факторами в продвижении экологически ответственная альтернатива экологически устойчивых практик в про- традиционным хладагентам. Данное ис-мышленности. следование демонстрирует, что его ис-
Вывод пользование способствует снижению вы-
Внедрение пропана в качестве хлада- бросов парниковых газов и укреплению гента представляет собой значимый шаг в экологической безопасности. направлении экологической устойчивости
Библиографический список
1. Абдуллина Л., Романишина Т., Бобовникова А., Смирнов В., Никитина Д., Блинов А. Актуальные векторы трансформации российского бизнеса в русле «Стратегии устойчивого развития» (ESG) // Общество и экономика. - 2023. - №7. - С. 71-82. DOI: 10.31857/S020736760026574-0.
2. Витт М. Природные хладагенты: состояние вопроса и тенденции // Холодильная техника. - 2010. - № 10. - С. 45-46.
3. Накладнов В.В. Выбор хладагентов для сезонно действующих естественно-конвективных охлаждающих устройств // Вестник современных исследований. - 2019. -№ 1.3. - С. 134-137.
4. Kudrenko I. The new era of American manufacturing: evaluating the risks and rewards of reshoring // E3S Web of Conferences. - EDP Sciences, 2024. - Т. 471. - С. 05020.
5. Жарницкий, В.Я. Факторы, влияющие на интенсивность износа бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических объектов / В.Я. Жарницкий, А.П. Смирнов // Природообустройство. - 2021. - № 2. - С. 43-49.
6. Чучулина В.В., Сысоев А.Н. Альтернатива фреону в холодильных установках // Аллея науки. - 2021. - № 1 (3). - С. 7-11.
7. Федосов С.В., Федосеев В.Н., Зайцева И.А. Анализ и выбор экологически безопасных хладагентов для систем теплоснабжения зданий воздушными тепловыми насосами // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. - 2020. - № 1 (61). -С. 120-129.
8. Юрицкий, С.А. Сжиженный природный газ: новации добычи в условиях Арктического шельфа и производство / С.А. Юрицкий // Энергетическая политика и стратегии инновационного развития компаний топливно-энергетического комплекса в парадигме циф-ровизации: сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава и студентов по результатам Международной научно-практической конференции, Москва, 25 февраля 2020 года - 28 2021 года. - Москва: Издательско-торговая корпорация "Дашков и К", 2022. - С. 229-236. - EDN SUKAPX.
USE OF PROPANE AS A REFRIGERANT: ECONOMICAL AND ENVIRONMENTAL
BENEFITS
D.S. Konstantinov, Postgraduate Student Saint Petersburg Electrotechnical University (Russia, Saint Petersburg)
Abstract. This article examines the use of propane as an eco-friendly refrigerant in cooling systems. It explores the environmental and economic aspects of propane, its efficiency compared to traditional refrigerants, practical applications, and experiences from various countries. Special attention is given to environmental safety and the potential to reduce carbon emissions.
Keywords: propane, eco-friendly refrigerants, energy efficiency, carbon emissions, refrigeration systems, global warming.
