静谧而持久的汽车制冷剂竞争之战

几乎所有在美国市场上出售的汽车均使用了四氟丙烯（R-1234yf）制冷剂，但欧盟目前正在酝酿关于该制冷剂的禁令，同时行业也在研究诸如二氧化碳和丙烷等替代制冷剂。

据R-1234yf的制造商科慕公司（Chemours）称，自R-1234yf取代已被广泛使用的四氟乙烷（R-134a）以来，其使用量大幅增长，且目前已用于美国市场95%的新车中。据估计，全球道路上约2.2亿辆汽车正在使用R-1234yf。被淘汰的R-134a自上世纪90年代开始广泛应用于汽车和卡车中，但美国环境保护署（EPA）的数据显示，这种气体冷却剂存在一个问题，即“其全球增温潜势（GWP）高达二氧化碳的1430倍。”

自2017年起，欧盟法规禁止在新车中使用GWP超过150的任何制冷剂。这一规定导致R-134a遭到淘汰，但同时也为GWP仅为4的R-1234yf敞开了大门。不过，欧盟目前正重新审视R-1234yf的排放规定，并可能在未来几年内发布相关禁令。但在美国市场上，EPA仍支持使用R-1234yf制冷剂。

关于制冷剂的争议由来已久。早在2015年，欧盟委员会曾因德国允许汽车制造商使用被禁制冷剂而将其告上欧洲法院。当时，戴姆勒公司辩称，这是由于R-1234yf可能在前端碰撞中引发火灾，他们才会使用被禁制冷剂，但欧盟表示：“其他汽车制造商并未遇到这种问题。”科慕公司称R-1234yf是一种“经过全方位测试的轻度易燃制冷剂”，并援引了欧盟委员会于2014年经科学评估通过的关于该制冷剂的审批。梅赛德斯-奔驰目前仍支持使用该新型制冷剂，其发言人Pascal Becker向SAE透露，公司已针对使用R-1234yf制冷剂的汽车“制定了一套全面的安全策略，以降低其潜在的火灾风险”。

除了易燃风险外，当R-1234yf在环境中降解时，是否也会引发严重的健康问题？科慕在接受SAE采访时坚定地维护了其产品，宣称该制冷剂“的全球增温潜势比上一代制冷剂（R-134a）降低了99%，在不削弱制冷剂性能的同时还推动了全球气候目标的实现。”但这并不能消解这一担忧。

布里斯托大学在2021年进行的一项研究显示，R-134a和R-1234yf均会导致有机三氟乙酸（TFA）的排放，但R-1234yf在这方面的危害更为严重。研究发现，将R-134a替换为R-1234yf会导致“全球三氟乙酸的排放增加33倍，即从2015年R-134a排放产生的65吨/年增加至R-1234yf排放当量产生的2200吨/年。”

科慕公司称“95%的三氟乙酸来自大自然”，部分来自“农业和制药业等人为来源”。该公司还表示，“过去20年中的诸多独立研究均证实了人为来源的三氟乙酸并不会对环境或人类健康构成风险。”科慕公司援引联合国环境规划署（UNEP）在2022年的一项报告作为支撑，其中显示人为制造的三氟乙酸在全球范围内分布均匀。该报告称：“三氟乙酸不太可能在其天然存在的地区对人类或环境构成风险，但该物质的排放会迅速改变其在地表水（或土壤）中的浓度。通过监控环境中残留的三氟乙酸的浓度变化，我们可判断出其是否在环境中迅速增加，并据此获得早期预警。”

这项联合国发布的报告证实三氟乙酸可以长期保持稳定，且不会构成严重威胁。报告称：“由于不易发生反应，三氟乙酸盐可在环境中长期存在。虽然其半衰期的估测值尚未得出，但这个数值可能长达数百年或数千年。鉴于此，我们无需对三氟乙酸的长期稳定性过分担忧，因为该物质不会与生物分子发生反应。三氟乙酸及三氟乙酸盐易于被动物排出体外，因此不会在食物链中逐级累积。此外，三氟乙酸盐对动物和植物的毒性较低。”

1EPA的立场

EPA在接受SAE采访时表达了相似的立场，认为三氟乙酸“不会与生物分子相互作用，而且由于在水中的溶解度较高，该物质不会导致生物累积，因此不太可能对陆生生物和水生生物造成不良影响。”EPA还表示，即使R-1234yf的使用量较高，其排放的三氟乙酸浓度“仍远低于造成不良影响的阈值”。

EPA研究了二氧化碳作为制冷剂替代方案的可行性，并得到了积极的结论。该环保机构表示其仍在“继续评估适用于机动车空调领域中的新型制冷剂替代方案。”

环保组织并未因此消除对三氟乙酸累积的担忧。密歇根州安娜堡生态中心的研究总监Jeff Gearhart在接受SAE采访时质疑道：“既然汽车制造商有能力识别出引发公众担忧的新兴化学物质，那么他们当初为何还要使用R-1234yf呢？汽车制造商的选择导致我们在还未识别出其潜在风险时，就使三氟乙酸成为了全球性污染物。”

新泽西州公共卫生与养老部将三氟乙酸描述为一种在接触时“可能严重刺激和灼伤皮肤与眼睛，并可能造成眼睛损伤”，同时伴随“咳嗽、气喘和/或呼吸急促”的“腐蚀性化学物质”。德国咨询与工程公司Refolution Industriekälte GmbH曾在2021年指出：“饮用水中的三氟乙酸可能会损伤肝脏，并产生其他影响，例如影响激素系统。”

EPA宣布，自2021车型年起，禁止在新车上使用R-134a制冷剂，但尚未发布任何关于R-1234yf的禁令，也未将其归为含全氟和多氟烷基物质（PFAS）的化学品。然而，咨询公司Ducker Carlisle的一项研究表明：许多OEM和热管理供应商均预测欧盟将在2030年前推出一项R-1234yf禁令。该研究报告称，欧洲化学品管理局（European Chemical Agency）正在审核一项将R-1234yf列入禁用化学物质清单的提案。

EPA并未回应SAE就该事项提出的咨询。然而，2023年向欧洲议会呈递的一份请愿书提出了禁用R-1234yf，并将二氧化碳作为替代方案。今年，欧洲议会表示其正在考虑限制R-1234yf的使用。

汽车行业也在积极研究R-1234yf的替代方案。博世公司热管理工程总监Dana Nicgorski向SAE透露：“目前，全球尚未统一PFAS的定义，但是欧洲对PFAS的定义涵盖范围更广。即便EPA没有发布禁令，一些公司也可能会主动采用天然制冷剂作为替代方案。”

博世正在研究将二氧化碳和丙烷作为未来的制冷剂。Nicgorski表示：“空调和热泵行业正在推广丙烷制冷剂，我们认为汽车行业也将紧随其后。”他还补充道，丙烷具有“更优越的热力学性能”，而且由于丙烷制冷系统使用的组件数量较少，“其成本可能比使用1234yf的制冷系统低”。丙烷的成本优势可能会减轻汽车行业对采用新型制冷剂的顾虑，但是改用丙烷的过程可能会产生高昂的成本。虽然燃烧丙烷会引发气候问题，但气态丙烷的GWP并不高。丙烷的泄漏问题也需得到重视，但Nicgorski指出，当今的密封式空调设备对比皮带驱动系统这样的排放设备也不可同日而语。

2024年9月，在柏林举行的ATMOsphere制冷剂替代方案大会上，柏林工业大学热传递与热转换系主任Stefan Elbel表示：“时间将会检验丙烷和二氧化碳哪种会成为更优的替代方案。但从环保的角度看，两者相差无几，均可作为良好的制冷剂替代方案。”

EPA对此持保留意见，并在书面文件中指出：“丙烷等烃类制冷剂极易燃烧，而且根据《清洁空气法案》（Clean Air Act）和EPA通过的《重要新替代品政策》（SNAP）计划，烃类制冷剂不可作为汽车空调的替代方案，因为使用此类制冷剂……可能引发火灾或爆炸，造成人身伤害和财产损失。它还可能使汽车保修变成一纸空文。”

2已推出的替代方案

大众集团自2020年开始为ID.3、ID.4以及奥迪Q4 etron车型提供采用二氧化碳作为制冷剂且不含PFAS的热泵系统。同时，福特在大众MEB平台上打造的纯电动版探险者也提供了二氧化碳热泵系统作为可选方案。福特认为丙烷（代号R290）将成为下一代热管理系统的最佳制冷剂。

旨在推动制冷行业清洁化的全球性组织ATMOsphere的资深编辑Michael Garry表示：“二氧化碳被视为［R-1234yf］（尤其在电动车热泵领域）最具替代潜力的天然制冷剂。丙烷也被视为一种天然制冷剂替代方案，但在该领域中的关注度较低。”

代表20多家汽车制造商的美国汽车创新联盟（The Alliance for Automotive Innovation）对于欧洲可能出台的R-1234yf禁令不与置评，而是向公众提及了联盟在2023年明尼苏达州考虑出台PFAS法规之际向该州污染控制局提交的一封信函。该联盟表示：“如果明尼苏达州即将出台的PFAS法规禁止联盟成员在其生产的汽车中使用目前的制冷剂，那么OEM可能必须对其近期升级的汽车空调系统和汽车进行大幅度重新设计和改造，甚至可能需要改造旧版汽车。因此，需要对PFAS的定义进行修改，才能将R-1234yf等制冷剂排除在外。”

如果三氟乙酸被正式列为PFAS，那么在已颁布PFAS禁令的州使用该物质将构成违法行为。虽然加州实施的PFAS禁令堪称全美最严禁令之一，但缅因州才是首个禁止销售故意添加PFAS的产品的州，且该州计划于2040年开始着手解决制冷剂问题。

哈佛大学工程与应用科学学院博士后研究员Heidi Pickard曾研究过三氟乙酸，她表示：“目前使用的许多制冷剂……均会降解为三氟乙酸等短链PFAS，并在环境中不断积累。欧洲正在推动关于PFAS化学物质的禁令，但其中是否包含三氟乙酸不得而知。

欧洲汽车制造商协会（The European Automobile Manufacturers’ Association）在2023年发布的一份报告中指出，将R-1234yf系统替换为（使用二氧化碳的）R-744系统会导致每台汽车的空调成本上涨300欧元（334.73美元）。该报告称：“更换制冷剂意味着欧盟汽车制造商每年的制造成本将增加17亿欧元（18.9亿美元），从而导致其在全球市场上失去竞争力。”报告还预测，更换制冷剂将引发零部件短缺的问题。