从冬奥看实验室仪器未来发展趋势之一

如果说2008年北京夏季奥运会，我们可以用“自豪”两字来表达当时国人的心情的话，那么正在举行的“北张”冬奥会，更多的则是体现出了中国的“自信”。

中国并不是一个冰雪项目上的传统强国，本届冬奥会的最终排位肯定也无法与夏季奥运会相提并论。

只不过，奥运会走到今天，早已经不是单纯的体育竞技，而已演变成为各个国家间种族、经济、科技、话语权等全方位的较量。

所以自信绝不仅仅来自于奖牌榜上的金牌数。

将“绿色、环保”理念贯穿到本届冬奥会的方方面面，本身也是一种自信的体现。

1

北京冬奥会的自信，绿色环保办奥运

2月4日晚举行的冬奥会开幕式上，为了践行绿色、环保的理念，尽最大限度减少碳排放，最后一棒火炬的小火苗成为了本届冬奥会的主火炬，被放置在各参赛方引导牌和橄榄枝组成的巨大雪花中央。

图片来源网络

这种将熊熊火炬变身为“微火”的方式，一方面使产生的碳排放大概只有之前的五千分之一；另一方面，这种彻底颠覆了百年传统的点火方式，如果没点儿自信的话，估计都不好意思向国际奥委会提出来。

再举个例子。

本届冬奥会期间，北京赛区的15块冰面中的7块采用了更环保、更绿色、更高效的二氧化碳(CO2)制冰剂技术，这在中国尚属首次。这也让2022年冬奥会成为历史上首次大规模使用CO2制冰剂的奥运会。(注：作为对比，2018年的平昌冬奥会，制冰时使用最多的是R404a制冰剂。)

图片来源网络

国际奥委会制冰工程顾问Arthur Gibert SUTHERLAND 对此的评价是，“这是一个非常伟大的决定。使用这样新型制冰剂的勇气是不可低估的。“

SUTHERLAND先生同时坚信，CO2制冰剂一定会成为一个趋势。

需要说明一下的是，大众媒体所指的制冰剂，在专业上也被称为制冷剂或是冷媒。

与其他制冷剂相比，CO2制冷剂(R744)的最大优势是零 ODP 和低GWP(GWP =1)，其温室气体效应远远小于我们熟知的很多含氟制冷剂。像前面提到的R404a(一种第三代制冷剂)的GWP大约是4000左右。

注：ODP，即大气臭氧消耗潜能值；GWP，全球变暖潜能值，它是衡量大气中某种温室气体吸收热量的相对程度，是由一定质量的问题气体所吸收的热量和相似质量的CO2所吸收的热量的比。

2

科仪设备的制冷剂发展现状及趋势(国际)

而说到制冷剂，科学仪器行业其实并不陌生，因为很多实验室设备也都会用到它，譬如：超低温冰箱、冷冻干燥机、冷却循环水机、冷浴、冷冻离心机等等。

那么，未来这些实验室设备在冷媒的选择上，是否会和冰雪运动的制冰设备走向同一个方向？

毫无疑问，答案是肯定的。

这里先说段历史。2016年4月，《巴黎气候变化协定》在联合国签署并于同年正式实施，这是很多人比较熟悉的重大环境事件。

实际上，2016年10月，在卢旺达首都基加利召开的《蒙特利尔议定书》第28次缔约方大会上，有关各方还在限控温室气体氢氟碳化物(HFCs)方面达成一致，并通过了同样具有里程碑式的重要环境文件，即《基加利修正案》。

图片来源网络

HFCs是一类人工合成的强效温室气体，它虽然不会对臭氧层产生影响，但其GWP是CO2的几十甚至上万倍。像HFC-32(R32)、HFC-134a(R134A)、 HFC-125(R125)及 HFC-410a(R410a)等第三代制冷剂都属于这类物质。

至于说以HCFC-22(R22)为代表的第二代氢氯氟烃制冷剂，在欧美发达国家已基本淘汰，我国目前也正处于加速淘汰的后半程。

《基加利修正案》通过后，很多国家和地区纷纷行动。欧盟走在了最前面。

从时间上看，实际上在《基加利修正案》通过之前，欧盟就正式实施了温室氟化气体法规REGULATION(EU)No 517/2014(F-GAS法规)，旨在到2030年将欧盟境内F-GAS的排放量控制在2014年排放量的1/3，并将HFCs的排放量控制在一个很低的水平。

根据F-GAS法规规定：

• 对于所使用的HFCs的GWP≥2500的商用冰箱和冷冻机，从2020年1月1日起，禁止投放欧盟市场；

• 对于所使用的HFCs的GWP≥150的商用冰箱和冷冻机，从2022年1月1日起，禁止投放欧盟市场；

• 对于所使用的HFCs的GWP≥2500的固定制冷设备（制冷温度≤-50℃的情况除外），从2020年1月1日起，禁止投放欧盟市场；

• ……

除欧盟外，其他一些发达国家也陆续制定了法律法规及相关政策以控制HFCs的使用及排放，其中较为系统和完善的国家包括美国、日本、澳大利亚等。

这些法规的颁布及实施，对于相关实验室设备厂商当下或未来在这些地区/国家市场的产品布局方面，肯定会产生重大的影响。例如Memmert已经在2018年推出了采用CO2作为制冷剂的气候室和培养箱。

德国美墨尔特 二氧化碳培养箱，来源网络

注：德国美墨尔特(Memmert)有限公司成立于1933年，是全球精确温控箱体的主要制造厂家之一。

3

科仪设备的制冷剂发展现状及趋势(国内)

就中国而言，基加利修正案已于2021年9月15日对我国生效(暂不适用于中国香港特别行政区)。

修正案规定了HFCs削减时间表，即包括中国在内的发展中国家在2024年要冻结HFCs的生产和消费，并以此作为基线，2029年起产量开始消减，至2045年要削减到不超过基线的20%。

预测中国控制HFCs生产量时间表(以二氧化碳当量计)  来源 中国节能协会热泵专业委员会网站

所以说，选用HFCs的替代品肯定是未来的趋势，只不过对于我国相关企业而言，现阶段还不是特别急迫。当然，涉及欧美市场出口业务的企业另说。

对于实验室相关市场，同样，凡是采用压缩机制冷的设备也都涉及到制冷剂的替代问题。

据本小号的粗略观察，在当下实验室设备这个市场，相关设备采用第三代制冷剂的居多，但也有不少厂家已经推出了使用HFCs替代制冷剂的产品。除了前面提到的Memmert外，还有包括像赛默飞、Eppendorf、BINDER、东京理化、海尔生物医疗等等。

此外，也有一些国产厂商依然提供使用第二代制冷剂(HCFCs)的实验室设备，譬如冷却循环水机、制冰机等。不过根据《蒙特利尔议定书》及其补充修正案，到2030年，我国将全面淘汰这类制冷剂的生产与消费。

意料之外，情理之中的是，在那些已经推出的使用HFCs替代制冷剂的实验室设备中，本号发现似乎更多采用的是碳氢化合物(例如：丙烷(R290)，GWP=20)，而非2022冬奥会大规模使用的CO2。

由于CO2的物理特性导致了CO2压缩机需要在高压下运行，其正常运行的高低压压力是常用制冷剂压力的5-8倍。这造成的直接后果就是CO2制冷系统造价相对比较昂贵，至少目前在实验室领域不大容易推广，尽管它已在工业领域得到了应用。

而碳氢化合物虽然也有易燃、易爆的缺陷，但可能大部分实验室用的低温制冷设备所需制冷剂的充液量较少（注：此处纯属猜测），因此上才更多地被相关厂家所选用。

4

结语

作为第三代制冷剂，HFCs对臭氧层友好，是现阶段全球制冷剂市场中的主流产品，但其温室效应高，未来终将被淘汰。短期来看，性能优良可完全替代HFCs的产品尚未出现，在较长一段时间内，HFCs将与其他产品共存于市场，但长期来看，为控制温室效应、保护环境，HFCs的使用将不断减少。

西方发达国家凭借自身的技术实力，不断把环境保护标准推向新的高度。而发展中国家一方面要据理力争，为自己的发展留出空间；另一方面也得积极行动，跟上别人的步伐。

毕竟，破环人类共同生存家园这顶“大帽子”谁也不愿意轻易戴上！