Диоксид углерода (CO₂) в холодильных системах: российский опыт, проблемы и перспективы

Диоксид углерода (CO₂) — это не только один из основных природных парниковых газов, но и перспективный, а также экологичный хладагент – R744, который находит всё большее применение в холодильной технике. В России, как и во всём мире, растёт интерес к экологически безопасным технологиям, включая системы на CO₂. Однако внедрение таких систем сопряжено с рядом вызовов. В этой статье мы рассмотрим примеры использования CO₂ в разрезе рынка РФ, проблемы, с которыми сталкиваются компании, и перспективы развития этой технологии.

CO₂ в инженерных холодильных системах

CO₂ — это уникальный газ, который обладает рядом свойств, делающих его привлекательным для использования в холодильных системах:

1. Низкая стоимость и доступность: CО2 изготавливается в России в неограниченных количествах, а простота производства делает этот газ наиболее доступным в сравнении с любым другим хладогентом.

2. Высокая объемная производительность: данное свойство в разы снижает объем заправки в сравнении с традиционными холодильными агентами, что в свою очередь положительно сказывается на габаритах и металлоемкости холодильных установок.

3. Высокая плотность: в жидком состоянии CO₂ имеет высокую плотность, что обеспечивает высокую эффективность теплообмена, как результат снижается ΔT на испарителях;

4. Низкая критическая температура: минимальная рабочая температура кипения -50°С, что делает CO₂ эффективным решением для низкотемпературных систем;

5. Экологическая безопасность: в отличие от традиционных хладагентов, таких как фреоны, CO₂ не разрушает озоновый слой и имеет минимальный потенциал глобального потепления (GWP = 1), кроме того, CO₂– не горючий, не токсичный и не взрывоопасный газ;

6. Теплофизические свойства: CO₂ обладает отличными теплофизическими характеристиками, что позволяет создавать энергоэффективные системы с высоким коэффициентом полезного действия (COP), а также непревзойдённым лидером в части рекуперации тепла;

7. Высокие рабочие давления: неоднозначное преимущество, так как это свойство накладывает определенные требования к запасу прочности, однако, благодаря высоким давлениям снижается зависимость энергоэффективности от потерь давления в трубопроводе.

Источники CO₂

Источники CO₂ можно разделить на природные и искусственные.

Природные источники:

• Разложение органических веществ: CO₂ выделяется при разложении растений и животных;

• Лесные пожары: Природные пожары также являются источником углекислого газа;

• Мофеты: это природные источники CO₂, которые выделяют газ из недр Земли.

Искусственные источники:

• Сжигание топлива: Использование угля, нефти, природного газа и древесины для производства энергии приводит к выбросам CO₂, при этом являются первичными в части промышленного производства CO₂ для дальнейшего применения;

• Промышленные процессы: Металлургия, производство цемента и другие отрасли промышленности также выделяют значительное количество CO₂;

• Транспорт: Автомобили, самолёты и другие виды транспорта, работающие на ископаемом топливе, являются крупными источниками выбросов.

За последние 160 лет человечество добавило в атмосферу более 2500 миллиардов тонн CO₂.  Что в совокупности с накоплением иных парниковых газов в атмосфере привело к усилению парникового эффекта. Однако стоит отметить, что CO₂ является наиболее безвредным парниковым газом, коэффициент GWP (global warming potential) CO₂ равен единице. То есть  выбран как базовый для определения степени воздействия на глобальное потепление. 

Применение CO₂

CO₂ широко используется в различных отраслях промышленности и быту:

• Пищевая промышленность: CO₂ используется для газирования напитков, а также для создания защитной атмосферы при хранении продуктов, что позволяет увеличить срок их годности;

• Сельское хозяйство: углекислый газ применяется в теплицах для повышения урожайности растений.

• Медицина: CO₂ используется в реанимации для стимуляции дыхания пациентов;

• Пожаротушение: диоксид углерода используется в огнетушителях благодаря его способности быстро охлаждать и прекращать процесс горения;

• Холодильная техника: CO₂ применяется в качестве хладагента R744 в холодильных системах благодаря своим экологическим и теплофизическим свойствам.

Проблемы внедрения систем на CO₂ в России

Несмотря на преимущества, внедрение систем на CO₂ в России сталкивается с рядом вызовов:

1. Высокие начальные инвестиции.
   Одной из главных проблем является высокая стоимость оборудования для систем на CO₂. Что в первую очередь связано с отсутствием прямых поставок с европейского рынка и  наличия полного комплекта комплектующих на внутреннем и азиатском рынке. Транскритические системы требуют специальных компрессоров и теплообменников, способных выдерживать высокие давления (до 120 бар). Это также делает их дороже традиционных систем на фреонах;

2. Недостаток квалифицированных специалистов. 
   Работа с системами на CO₂ требует специальных знаний и навыков. В России пока недостаточно специалистов, которые могут проектировать, устанавливать и обслуживать такие системы. Многие клиенты отказываются от CO₂ из-за отсутствия квалифицированного персонала. Однако это не является глобальной проблемой. Так, например, специалисты компании «Топ Групп», активно развиваются в данном направлении и уже сейчас готовы предложить заказчику полный спектр услуг, от реализации до гарантийного и постгарантийного обслуживания;

3. Климатические условия. 
   Эффективность систем на CO₂ сильно зависит от температуры окружающей среды. В жарком климате (например, на юге России) среднегодовая эффективность транскритических систем снижается, что делает их менее привлекательными в сравнении с традиционными хладогентами. Производства и розничные сети в южных регионах вынуждены принимать решение в пользу традиционных хладагентов из-за продолжительности периода высоких температур;

4. Нормативные барьеры. 
   В России до сих пор отсутствуют чёткие нормативы и стандарты для использования CO₂ в холодильных системах. Это создаёт неопределённость для бизнеса и замедляет внедрение новых технологий. Затруднено проектирование холодильных систем, а именно, возникают трудности при согласовании проекта с использованием CO₂ из-за отсутствия полноценной нормативной базы;

Кигалийская поправка и сокращение квот на фреоны 

Кигалийская поправка к Монреальскому протоколу, принятая в 2016 году, направлена на постепенное сокращение использования гидрофторуглеродов (ГФУ), которые широко применяются в качестве хладагентов. Россия, как участник протокола, обязалась сократить потребление фреонов на 85% к 2036 году. Детали и подробности последствий принятия указанной поправки были рассмотрены ранее в статье «Грядущие изменения в холодильной отрасли: конец фреоновой эпохи!». Это означает, что компаниям неизбежно придётся переходить на альтернативные хладагенты, такие как CO₂. Уже сейчас компании сталкиваются с ростом цен на фреоны и сокращением их доступности. Это делает переход на CO₂ не только экологически целесообразным, но и экономически оправданным в долгосрочной перспективе.

Сравнение CO₂ и фреонов 

В своей статье «В России сегодня альтернативы фреону нет!» в деталях рассмотрены фреоны, их свойства и сферы применения. Ниже приведена общая сравнительная таблица CO₂ и фреонов: 

Перспективы развития CO₂ в России

Несмотря на вызовы, перспективы использования CO₂ в России остаются многообещающими. С ужесточением экологических норм и ростом интереса к устойчивому развитию всё больше компаний начинают рассматривать CO₂ как альтернативу традиционным хладагентам.

Однако необходимо предпринять ряд мер:

1. Государственная поддержка: Введение экологических стандартов и субсидий для компаний, внедряющих «зелёные» технологии, может ускорить переход на CO₂;

2. Образование и обучение: Развитие образовательных программ для подготовки специалистов по работе с CO₂ поможет решить проблему нехватки квалифицированных кадров;

3. Локализация производства: Создание отечественного производства оборудования для систем на CO₂ снизит их стоимость и сделает более доступными для российских компаний.

Заключение

На отраслевой конференции РОССОЮЗХОЛОДПРОМ «Кигалийская поправка: вчера, сегодня, завтра», проведенной в рамках деловой программы 20-й юбилейной Международной выставки систем кондиционирования, вентиляции, отопления и холодоснабжения «Мир Климата 2025», где собрались ведущие эксперты для обсуждения вопросов обеспечения хладагентами систем холодоснабжения в свете реализации Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу, директор по специальным проектам ассоциации компаний розничной торговли АКОРТ Евгений Николаевич Великанов в своём докладе «Перспективы перевода российского ритейла на озоносберегающие технологии» сообщил, что суммарные издержки компаний – членов АКОРТ (Азбука Вкуса, Лента, Магнит, ОК, Ашан, Х5, МЕТРО, ДИКСИ и прочие) на исполнение требований Кигалийской поправки до 2036 года составят 300 000 000 000 рублей! Без сомнений, эти издержки заплатит потребитель за счет дополнительного увеличения стоимости продукции на прилавках, что добавит социальной напряжённости в обществе. Для малого бизнеса затраты на переоборудование станут критическими. 

В сегменте перевозок скоропортящихся грузов, чувствительных к температурному режиму, в том числе используются рефрижераторные контейнеры, где холодильная цепь работает на фреоне R-134a. Замена  существующего парка рефконтейнеров активно обсуждается в отраслевых ассоциациях, таких как АСОРПС, но приемлемого решения для транспортных компаний пока нет.

Диоксид углерода — это перспективный хладагент, который может стать ключевым элементом в переходе к экологически безопасным холодильным системам. В России уже есть примеры успешного внедрения CO₂, но для массового перехода необходимо решить ряд проблем, включая высокие начальные затраты, нехватку специалистов и нормативные барьеры. С развитием технологий и поддержкой со стороны государства CO₂ может стать важной частью российской холодильной индустрии. Кроме того, в связи с Кигалийской поправкой и сокращением квот на фреоны, переход на CO₂ становится неизбежным для многих компаний, что открывает новые возможности для развития этой технологии в России.

Генеральный директор ООО "ТОП Групп",

Барышников Владимир Антонович.