Gas lạnh và môi trường

Gas lạnh (hay tác nhân lạnh ) là thuật ngữ dùng để chỉ đến các chất dùng trong các thiết bị, hệ thống làm lạnh trong dân dụng, công nghiệp và thương mại (trong máy lạnh dân dụng thường gọi là gas lạnh).

Lịch sử của gas lạnh

Trong những ngày đầu tiên, ngành công nghiệp điều hòa (HVAC – viết tắt của từ Heating Ventilation and Air Conditioning) hầu như chỉ đặt mối quan tâm đến việc tìm ra môi chất có khả năng làm lạnh. Bất kỳ chất nào đáp ứng được nhu cầu đó đều có thể sử dụng (SO2, NH3, CCl4…). Thế nhưng sau một thời gian sử dụng, chúng gặp phải trở ngại do các môi chất này đều độc hại và có khả năng gây cháy nổ.

Vào những năm 1930, tác nhân lạnh CFC (có thành phần cấu tạo từ Clo – Flo – Cacbon) được các nhà khoa học nghiên cứu sản xuất. Chúng nhanh chóng được sử dụng rộng rãi do hiệu suất cao, tính an toàn và sự bền vững.  

Đến những năm 1970, khi các vấn đề về môi trường được quan tâm, các nhà khoa học nhận ra rằng tác nhân lạnh CFC và sau này là HCFC, HFC đã ảnh hưởng đến sự suy giảm tầng ozone của trái đất và biến đổi khí hậu toàn cầu. Trước những tác động đó, 2 nghị định thư đã ra đời nhằm giảm thiểu hậu quả do chúng mang đến.

Nghị định thư Motreal 

Nghị định được ký kết vào ngày 16 tháng 9 năm 1987, trước tiên là giới hạn các chất CFC và sau đó là HCFC. Tác nhân lạnh CFC được giới hạn sản xuất hoàn toàn vào 1996. Do có hệ số làm ảnh hưởng đến tầng ozone thấp hơn, thời gian giới hạn sản xuất và sử dụng tác nhân lạnh HCFC chậm hơn (đến 2040 sẽ giới hạn sản xuất hoàn toàn. 

Nghị định được ký kết vào ngày 16 tháng 9 năm 1987, trước tiên là giới hạn các chất CFC và sau đó là HCFC. Tác nhân lạnh CFC được giới hạn sản xuất hoàn toàn vào 1996. Do có hệ số làm ảnh hưởng đến tầng ozone thấp hơn, thời gian giới hạn sản xuất và sử dụng tác nhân lạnh HCFC chậm hơn (đến 2040 sẽ giới hạn sản xuất hoàn toàn).

Thông qua việc giảm thải các khí CFC, dự báo vào năm 2015 lỗ thủng ozone ở Nam Cực sẽ giảm đi khoảng một triệu km2 trên 25 triệu km2 và phục hồi hoàn toàn nhanh nhất là vào năm 2050 hay chậm hơn. Mặc dù vậy vẫn còn một cảnh báo nhỏ, sự ấm lên toàn cầu được dự đoán sẽ làm lạnh tầng bình lưu. Hậu quả của việc này là sự gia tăng tương đối của việc thâm thủng ôzôn và chu kỳ của các lỗ thủng.

Nghị định thư Kyoto

Vào những năm 1990, các nhà khoa học phát hiện thêm một đặc tính của gas lạnh đó là khả năng làm nóng Trái Đất. Hiện tượng ấm dần lên toàn cầu (Global Warming) đã và đang gây ra những ảnh hưởng nặng nề. Không chỉ làm tan băng ở 2 cực Trái Đất và nâng cao mực nước biển, sự ấm dần lên toàn cầu còn gây ra những biến đổi to lớn về mặt sinh thái, tự nhiên. Số lượng cơn bão đang xuất hiện nhiều hơn với sức mạnh lớn hơn, thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến các loài sinh vật và có thể dẫn đến sự tuyệt chủng của một số loài, ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn. Số lượng cơn bão đang xuất hiện nhiều hơn với sức mạnh lớn hơn, thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến các loài sinh vật và có thể dẫn đến sự tuyệt chủng của một số loài, ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn. Một nghiên cứu dự đoán khoảng 18% đến 35% trong tổng số 1.103 loài động thực vật có thể bị tuyệt chủng cho đến năm 2050, dựa trên các số liệu tiên đoán khí hậu trong tương lai. 

Điều này dẫn đến sự ra đời nghị định thư Kyotol vào năm 1997 nhằm giảm thiểu những khí gây ra hiệu ứng nhà kính (greenhouse gas) – nguyên nhân chính của sự ấm dần lên toàn cầu. Mặc dù được xem là chất không gây ảnh hưởng đến tầng ozone nhưng một số gas lạnh HFC có tác động đến sự ấm lên toàn cầu và nằm trong danh mục các chất cần cắt giảm. Điển hình như gas lạnh R134a, mặc dù gần như không gây ảnh hưởng đến tầng ozone nhưng do có hệ số làm nóng trái đất cao nên R134a đã bị cấm sử dụng cho các phương tiện giao thông tại Châu Âu.

Ghi chú: Gas lạnh “tái chế” bao gồm các tác nhân lạnh được thu hồi và tái sử dụng hoặc được lưu trữ trong kho, các gas lạnh này được phép sử dụng mà không có sự giới hạn nào. Gas lạnh “mới” là gas lạnh được sản xuất mới hoàn toàn, loại gas lạnh này bị giới hạn sử dụng.

Yếu tố cân bằng: Ảnh hưởng của gas lạnh đến môi trường là rõ ràng. Tuy nhiên, có sự trớ trêu ở đây là các gas lạnh không ảnh hưởng đến tầng ozone thì lại có khả năng gây ra hiệu ứng nhà kính khá cao (Hình 7). Ngoài ra, không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, khí hậu, gas lạnh còn có thể gián tiếp gây ra những biến đổi khí hậu. 

Yếu tố trực tiếp: ảnh hưởng trực tiếp đến tầng ozone và hiện tượng ấm dần lên toàn cầu. Để xem xét đến khả năng gây nguy hại của một gas lạnh người ta dùng 2 hệ số ODP (Ozone Depletion Potential – Khả năng làm suy yếu tầng ozone) và GWP (Global Warming Potential – Khả năng làm nóng trái đất). Ngoài ra, sự rò rỉ và thời gian tồn tại trong khí quyển của các chất này cũng là yếu tố cần được quan tâm. Đối với chỉ số ODP và GWP, các hệ số này càng cao nghĩ là khả năng tác động của gas lạnh đó càng lớn. Thời gian tồn tại trong khí quyển càng lâu thì gas lạnh đó càng ảnh hưởng mạnh đến môi trường. Sự rò rỉ, ngược lại, càng ít thì càng giảm thiểu tác động. 

Yếu tố gián tiếp: ở đây chính là hiệu suất của gas lạnh hay nói cách khác là hiệu suất của thiết bị, hệ thống sử dụng gas lạnh, mà ở đây chính là máy lạnh hay hệ thống lạnh mà ta vẫn sử dụng hằng ngày. Các thiết bị hay hệ thống lạnh đều tiêu tốn điện năng để vận hành, nếu hiệu suất của gas lạnh càng cao, ta càng tiêu tốn ít điện năng tiêu thụ. Điều này không chỉ mang lại lợi ích cho cá nhân, doanh nghiệp. Nhìn xa hơn, điện năng tiêu thụ càng ít nghĩa là các nhà máy nhiệt điện giảm công suất hoạt động qua đó giảm lượng khí phát thải vào môi trường. Đa số các khí sinh ra sau quá trình cháy của nhà máy nhiệt điện đều là các khí gây nên hiện tượng nhà kính. 

Gas lạnh CFC mặc dù có hiệu suất cao nhưng lại ảnh hưởng nặng nề đến tầng ozone và sự biến đổi khí hậu. Do đó, CFC đã bị giới hạn sản xuất từ năm 1996. Các gas lạnh HCFC có hệ số ODP, GWP thấp hơn nên thời gian giới hạn sản xuất và sử dụng kéo dài hơn. Gas lạnh HFC gần như không ảnh hưởng đến tầng ozone nhưng lại có hệ số GWP khá cao. Một số loại gas lạnh gần như hoàn hảo về yếu tố môi trường và hiệu suất nhưng lại dễ cháy và gây độc cho con người.

Từ những yếu tố trên, việc lựa chọn sử dụng gas lạnh cần dựa trên sự cân bằng. Sự cân bằng đó bao gồm các yếu tố sau:

• ODP – Khả năng ảnh hưởng đến tầng ozone

• GWP – Khả năng ảnh hưởng đến sự nóng lên toàn cầu

• Lượng rò rỉ

• Thời gian tồn tại trong khí quyển

• Hiệu suất
  
  

Gas lạnh và “Tòa nhà xanh”

Tòa nhà xanh – Green Building là những tòa nhà đạt chuẩn về sử dụng năng lượng hiệu quả, bảo toàn nguồn nước, chống ô nhiễm tiếng ồn, nguồn nước, không khí, đất v.v… được xem là nơi có môi trường làm việc, sinh sống và vui chơi thân thiện với môi trường. 

Theo công thức trên, tiêu chí lựa chọn gas lạnh bao hàm tất cả các yếu tố cân bằng mà ta nói đến chứ không chỉ đánh giá riêng lẽ đến ODP hay GWP. 

Lời kết: 

Con người hiện đang phải đối mặt với những ảnh hưởng của sự biến đổi khí hậu mà một trong những nguyên nhân gây ra chúng là do gas lạnh. Không chỉ ảnh hưởng đến tầng ozone, gas lạnh còn góp phần gây ra sự ấm dần lên toàn cầu – là nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi mạnh mẽ của khí hậu trong thời gian gần đây. Hầu hết các gas lạnh hiện nay đều không phải là hoàn hảo, do đó cần quan tâm đến sự cân bằng trong việc sử dụng gas lạnh. Bất kỳ gas lạnh nào cũng có thể sử dụng được nếu chúng ta ứng dụng chúng một cách phù hợp. Hãy tham khảo những điều dưới đây để sử dụng và lựa chọn thiết bị lạnh phù hợp hơn.

Đối với cá nhân:

• Đa số các hãng hiện nay đều có thêm loại tác nhân lạnh (gas lạnh) thân thiện với môi trường (R407C, R410A) và ứng dụng các công nghệ tiên tiến. Do đó ưu tiên chọn lựa các thiết bị hiệu suất cao, tiết kiệm điện nếu đủ khả năng.

• Sử dụng các thiết bị điện nói chung và thiết bị lạnh nói riêng một cách hiệu quả nhất:

• Tắt các thiết bị điện khi không sử dụng

Đối với doanh nghiệp:

• Hệ thống lạnh gần như chiếm 30 – 40% tiêu thụ điện năng trong tòa nhà. Hãy chắc rằng bạn đang sử dụng một hệ thống tiết kiệm năng lượng.

• Quan tâm đến công tác bảo trì, bảo dưỡng cho thiết bị. Thay thế thiết bị cũ hiệu suất kém.

Đối với các công trình mới, hãy quan tâm đến các hệ thống tiết kiệm năng lượng:

• Hệ thống thu hồi nhiệt (sử dụng heat wheel, heat recovery)

• Hệ thống tích trữ lạnh (ice storage)

• Dùng heat pump thay cho lò hơi để cung cấp nước nóng

• Tham khảo các hướng dẫn thiết kế “xanh” để có một hệ thống hiệu suất cao

• Luôn xem xét đến yếu tố cân bằng của tác nhân lạnh trong đó đặc biệt là hiệu suất của hệ thống lạnh.

• Tham khảo thế hệ gas lạnh tiên tiến và thân thiện với môi trường