Uupłynęło już 9 lat od pamiętnej afery z czynnikiem 1234yf, a producenci samochodów nadal nie mogą się przekonać do dwutlenku węgla. Jednym z czynników, które na to wpływają, jest na pewno cena. Koszt stworzenia nowego układu klimatyzacji do czynnika R744 (CO₂) jest nieporównywalnie wyższy w porównaniu z dostosowaniem układu pracującego na R134a do pracy z 1234yf.

W przypadku przejścia na 1234yf praktycznie nie było dodatkowych kosztów. Kompresor, parownik, skraplacz i zawór rozprężny pozostają niezmienione. Nowy w układzie jest tylko czynnik. Natomiast nieznacznej zmianie uległo ciśnienie robocze.

Największą przeszkodą w przypadku zastosowania dwutlenku węgla jest ilość czynnika w układzie i ewentualne niebezpieczeństwo, które wynika z rozszczelnienia się układu w kabinie. W takiej sytuacji cały zawarty w układzie dwutlenek węgla zostałby rozprężony wewnątrz kabiny, co spowodowałoby nadmierną koncentrację tego gazu. To oczywiście negatywnie wpłynęłoby na kierowcę, wywołując u niego senność.

W związku z tym układy wykorzystujące CO₂ jako czynnik chłodniczy projektowano jako układy „podwójne”. Mają one dwa obiegi czynnika chłodniczego: jeden zewnętrzny – pod maską samochodu, a drugi wewnętrzny – w kabinie. Ten wewnętrzny obieg miał na tyle małą objętość gazu, że nawet w przypadku rozszczelnienia nie było niebezpieczeństwa dla kierowcy i pasażerów.

Powstały też układy o obiegu przypominającym dotychczasowe układy z czynnikiem R134a, jednak one także one nie znalazły szerszego zastosowania.

Reasumując, zastosowanie CO₂ jako czynnika chłodniczego wymaga użycia nowego kompresora (wyższe ciśnienie czynnika), skraplacza, parownika, sterowania oraz dodatkowego wymiennika między częścią zewnętrzną układu a częścią kabinową.

W przypadku przejścia na 1234yf sprawa jest dużo prostsza (czytaj: tańsza). Wszystko pozostaje praktycznie po staremu, a jeśli pojawią się różnice, to są niewielkie i dotyczą nowej konstrukcji parownika.

Historia pokazuje jednak, że i 1234yf jest zagrożony. Działania na rzecz ochrony klimatu sukcesywnie wykluczyły poprzednie czynniki chłodnicze, tak samo jak wprowadziły nowe normy emisji spalin. Do lamusa przeszedł freon (R12), od 4 lat nie stosuje się już R134a, więc 1234yf też przejdzie do historii. To oznacza, że sensowne jest wdrażanie dwutlenku węgla (R744) jako czynnika o potencjale GWP czterokrotnie niższym niż 1234yf.

Ochrona klimatu

Stosowanie czynnika chłodniczego CO₂ w mobilnych systemach klimatyzacji jest przyjazną dla klimatu alternatywą dla obecnego czynnika chłodniczego – tetrafluoroetanu (R134a). Wpływ CO₂ na klimat jest 1430 razy mniejszy niż R134a (GWP).

Dwutlenek węgla ma wysoką zdolność chłodzenia, jest niepalny, nie generuje produktów rozkładu i jest dostępny na całym świecie. Co najważniejsze – jest tani. Może być również używany do obsługi pomp ciepła w celu wydajnego ogrzewania zimą. Oszczędza w ten sposób energię podczas korzystania ze zintegrowanych systemów chłodzenia/ogrzewania.

W latach 2009–2017 Niemiecka Agencja Środowiska (UBA) korzystała z samochodu wyposażonego w system klimatyzacji CO₂. Pomiary wykonane na prototypowym systemie do projektu badawczego Federalnego Ministerstwa Środowiska w Niemczech potwierdziły wysoką wydajność CO₂ jako czynnika chłodniczego do klimatyzacji mobilnej.

System CO₂ bardzo szybko chłodzi wnętrze pojazdu i jest energooszczędny. W europejskich warunkach klimatycznych system klimatyzacji z CO2 zużywa latem nawet mniej energii niż seryjnie produkowany system z czynnikiem R134a. Pomiary przeprowadzone przez Ogólnoniemiecki Automobilklub (ADAC) potwierdziły te ustalenia. Po przejechaniu przez pojazd 165 000 km sprężarka klimatyzacji CO₂ – serce każdego układu klimatyzacji – działała sprawnie i nadal była szczelna.

Latem 2015 r. prototypowy mobilny system klimatyzacji w samochodzie UBA doposażono w nową sprężarkę CO₂. Został zaprojektowany, aby spełnić najnowsze wymagania producenta w zakresie geometrii i wymiarów. W tym czasie wymieniono również wymiennik ciepła, ponieważ część prototypowa miała zewnętrzną korozję. Nowy komponent sprężarki CO₂ udowodnił swoją solidność w codziennym użytkowaniu do końca eksploatacji samochodu wiosną 2017 r.

CO₂ jako czynnik chłodniczy

Chociaż CO₂ był realną opcją dla mobilnych systemów klimatyzacji już pod koniec lat 90. XX w., samochody wyposażone w systemy klimatyzacji CO₂ ciągle są rzadkością na rynku. Jednym z powodów opóźnienia jest to, że system klimatyzacji z CO₂ wymagał nowego opracowania i przetestowania odpornych na ciśnienie elementów dla nowego czynnika chłodniczego.

Pod koniec października 2016 r. pojawiły się pierwsze samochody z mobilną klimatyzacją na CO₂. Obecnie jest ona oferowana w niektórych samochodach luksusowych niemieckich producentów, co oznacza, że ta technologia już wywalczyła sobie szersze zastosowanie w motoryzacji.

Zalety CO₂ w klimatyzacji

Zasadniczo system klimatyzacji z CO₂ działa w taki sam sposób jak dzisiejszy system klimatyzacji R134a czy 1234yf. Powietrze w kabinie jest schładzane poprzez odparowanie ciekłego czynnika chłodniczego, a następnie gazowy czynnik chłodniczy jest ponownie skraplany poprzez sprężanie i chłodzenie. Jednak proces ten odbywa się przy znacznie wyższym ciśnieniu: około 120 barów dla układu CO₂ w porównaniu z maksymalnie 30 barów dla układu R134a.

Obecnie to ciśnienie jest bezpiecznie kontrolowane. Można również wykluczyć ryzyko szkodliwego stężenia CO₂ w kabinie w przypadku wycieku z obwodu chłodniczego. W planach jest również monitorowanie wnętrza za pomocą czujnika CO₂, trwają też prace nad dalszymi środkami bezpieczeństwa.

System klimatyzacji z CO₂ zapewnia znacznie wyższy poziom komfortu niż systemy stosowane obecnie. W teście przeprowadzonym w klimatycznym tunelu aerodynamicznym firmy Behr (dziś MAHLE), w kabinie nagrzanej do 70°C, komfortową temperaturę poniżej 25°C osiągnięto już po 8 min, natomiast w systemie konwencjonalnym dopiero po 25 min, czyli 17 min później. Przy maksymalnym obciążeniu, np. podczas upałów w korku, system CO₂ zawsze osiągał temperatury wewnętrzne niższe średnio o 4°C.

Ponadto system klimatyzacji CO₂ można bardzo efektywnie wykorzystywać jako dodatkową grzałkę w trybie pracy pompy ciepła. W ten sposób można zlikwidować deficyt mocy grzewczej nowoczesnych silników wysokoprężnych i benzynowych DI.