Βιομηχανία Τροφίμων: Αμμωνία ή φθοριούχα για ψυκτικό μέσο; – Ποια και γιατί είναι η καλύτερη επιλογή

Του Γιώργου Μορφονιού*

Η δουλειά ενός ψυκτικού εξοπλισμού είναι να ψύχει αντικείμενα ή ουσίες, και να τα διατηρεί σε θερμοκρασία χαμηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η ψύξη μπορεί να οριστεί ως η διαδικασία που αφαιρεί τη θερμότητα. Τα παλαιότερα και πιο γνωστά «ψυκτικά» είναι ο πάγος, το νερό και ο αέρας. Στις αρχές του περασμένου αιώνα δεδομένου ότι η ανάπτυξη μικροοργανισμών μειώνεται καθώς πέφτει η θερμοκρασία και ότι η ανάπτυξη γίνεται πολύ αργή σε θερμοκρασίες κάτω των +10°C, άρχισε να χρησιμοποιείται ο πάγος για τη διατήρηση των τροφίμων. Τα πρώτα ψυγεία για την παραγωγή πάγου εμφανίστηκαν γύρω στο 1860. Το 1880 χρησιμοποιήθηκαν οι πρώτοι συμπιεστές αμμωνίας και μονωμένα ψυγεία στις ΗΠΑ. Η ηλεκτρική ενέργεια άρχισε να παίζει ρόλο στις αρχές αυτού του αιώνα και οι μηχανικές ψυκτικές εγκαταστάσεις έγιναν συνήθεις σε ορισμένους τομείς όπως ζυθοποιίες, σφαγεία, την αλιεία, στην παραγωγή πάγου, κλπ. Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο η ανάπτυξη μικρών ερμητικών ψυκτικών συμπιεστών εξελίχθηκε και τα ψυγεία και οι καταψύκτες άρχισαν να παίρνουν τη θέση τους στο σπίτι. Σήμερα, αυτές οι συσκευές θεωρούνται «είδη πρώτης ανάγκης».

Ψυκτικά μέσα

Όλοι οι ψυκτικοί εξοπλισμοί περιέχουν ψυκτικό μέσο. Το ψυκτικό μέσο είναι μια ουσία που ψύχει το εσωτερικό του ψυγείου ή του καταψύκτη αλλάζοντας από αέριο σε υγρό και αντίστροφα κατά τη διάρκεια ενός κύκλου ψύξης.

Οι βασικοί παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη για την επιλογή των ψυκτικών μέσων είναι:

• Το ψυκτικό δεν πρέπει να είναι δηλητηριώδες. Όπου αυτό είναι αδύνατο, το ψυκτικό πρέπει να έχει χαρακτηριστική οσμή ή να υπάρχει ανιχνευτής, έτσι ώστε να μπορεί γρήγορα να εντοπιστεί διαρροή.
• Το ψυκτικό δεν πρέπει να είναι εύφλεκτο ούτε εκρηκτικό. Όπου αυτή η προϋπόθεση δεν μπορεί να εκπληρωθεί, πρέπει να τηρούνται οι ίδιες προφυλάξεις όπως στο πρώτο σημείο και να τηρείται η εκάστοτε νομοθεσία.
• Το ψυκτικό θα πρέπει να έχει κανονική πίεση, κατά προτίμηση λίγο υψηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση στις θερμοκρασίες που απαιτούνται για να διατηρηθεί στον εξατμιστή. Για να αποφεύγεται η κατασκευή «βαρέων» ψυγείων, η πίεση, η οποία αντιστοιχεί στην κανονική πίεση συμπύκνωσης, δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή.
• Απαιτείται σχετικά υψηλή θερμοκρασία εξάτμισης, έτσι ώστε η μετάδοση της θερμότητας να μπορεί να πραγματοποιηθεί με το λιγότερο δυνατό ψυκτικό που κυκλοφορεί.
• Οι ατμοί του ψυκτικού μέσου δεν πρέπει να έχουν πολύ μεγάλο όγκο, επειδή αυτό είναι καθοριστικό για τη λειτουργία του συμπιεστή σε μια συγκεκριμένη απόδοση.
• Το ψυκτικό πρέπει να είναι χημικά σταθερό στις θερμοκρασίες και τις πιέσεις ενός ψυκτικού εξοπλισμού.
• Το ψυκτικό δεν πρέπει να είναι διαβρωτικό και δεν πρέπει, είτε σε υγρή μορφή είτε σε ατμό, να φθείρει τα συνήθη χρησιμοποιούμενα υλικά.
• Το ψυκτικό δεν πρέπει να διασπά το λιπαντικό.
• Το ψυκτικό πρέπει να είναι εύκολο να ανακτηθεί και να χειριστεί.
• Και τέλος το ψυκτικό δεν πρέπει να κοστίζει πολύ.

Από περιβαλλοντική άποψη οι πιο σημαντικοί παράμετροι των ψυκτικών μέσων είναι:

• ο δείκτης υπερθέρμανσης του πλανήτη (GWP),
• ο δείκτης καταστροφής του όζοντος (ODP) και
• η ευφλεκτότητα.

Αυτοί οι δείκτες γίνονται σημαντικοί παρά το γεγονός ότι κανονικά τα ψυκτικά μέσα παραμένουν εντός του εξοπλισμού, επειδή τα συστήματα ψύξης διαρρέουν. Αυτές οι διαρροές μπορεί να προκύψουν μέσω συστολής/διαστολής σωληνώσεων του ψυκτικού σε διάφορα σημεία συγκόλλησης, κατά τη διάρκεια επαναπλήρωσης του συστήματος ή κατά τη τελική διάθεση του ψυκτικού εξοπλισμού.

Τα ψυκτικά φέρουν πάντα την ονομασία “R” ακολουθούμενο από έναν αριθμό, π.χ. R22, R134a, R404A και R407C. Τα φθοριούχα ψυκτικά έχουν όλα, τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Οι ατμοί τους δεν μυρίζουν και δεν ερεθίζουν. Είναι συσσωρευτικά μη δηλητηριώδη. Στην παρουσία φωτιάς ο ατμός μπορεί να εκπέμψει φθορικό οξύ και φωσγένιο, τα οποία είναι πολύ δηλητηριώδη. Είναι μη διαβρωτικά, μη εύφλεκτα και μη εκρηκτικά.

Διεθνείς κανονισμοί έχουν προσπαθήσει να ελαχιστοποιήσουν την υπερθέρμανση του πλανήτη και την καταστροφή του όζοντος μέσω της επιβολής χρήσης ψυκτικών μέσων που είναι πιο φιλικά προς το περιβάλλον με χαμηλό δείκτη GWP και ODP. Τα παλαιότερα ψυκτικά μέσα που έχουν καταργηθεί είναι το R12 και το R22. Αυτά τα ψυκτικά έχουν τιμές GWP 10,900 και 1,810 και τιμές ODP 0,82 και 0,06, αντίστοιχα. Ο εμπειρικός κανόνας αναφορικά με τις τιμές GWP και ODP είναι ότι όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο χειρότερο είναι για το περιβάλλον. Τα περισσότερα σύγχρονα ψυκτικά έχουν μηδενικό ODP, ωστόσο οι ψυκτικές μονάδες παλαιότερες των 20 ετών ίσως να χρησιμοποιούν ακόμα R12 ή R22.

Φυσικά Ψυκτικά Μέσα

Τα φυσικά ψυκτικά μέσα είναι η πιο φιλική προς το περιβάλλον επιλογή. Τα φυσικά ψυκτικά μέσα περιλαμβάνουν το προπάνιο (R290), το CO₂ (R744) και την αμμωνία (R717), και όλα έχουν μηδενικό ODP και σχεδόν μηδενικό GWP. Η μη αποκλειστική χρήση φυσικών ψυκτικών μέσων οφείλεται στο ότι υπάρχουν μειονεκτήματα σε καθένα από τα τρία: το προπάνιο είναι εύφλεκτο, το CO₂ απαιτεί σωληνώσεις πολύ υψηλής πίεσης και η αμμωνία είναι τοξική. Με τις τεχνολογικές εξελίξεις, οι μηχανικοί ψύξης κατάφεραν να ελαχιστοποιήσουν τους κινδύνους που σχετίζονται με κάθε τύπο ψυκτικού μέσου. Οι ενεργειακές δοκιμές έχουν επίσης αποδείξει ότι οι καταψύκτες με φυσικά ψυκτικά μέσα καταναλώνουν σημαντικά λιγότερη ενέργεια.

Η αμμωνία NH₃ χρησιμοποιείται εκτενώς σε μεγάλες βιομηχανικές ψυκτικές εγκαταστάσεις. Είναι ένα άχρωμο αέριο, το οποίο υγροποιείται υπό πίεση και έχει χαρακτηριστική μυρωδιά ακόμη και σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις στον αέρα. Βιομηχανικά παράγεται με σύνθεση των συστατικών της αλλά θεωρείται φυσικό ψυκτικό μέσο καθώς παράγεται στη φύση μέσω του κύκλου αζώτου. Δεν έχει καμία επίδραση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και στη στοιβάδα του όζοντος. Απαιτεί πολύ χαμηλότερη ενέργεια για την παραγωγή δεδομένου ψυκτικού έργου και ως εκ τούτου έχει χαμηλότερη έμμεση επίδραση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Δεν μπορεί να καεί, αλλά είναι μέτρια εκρηκτική όταν αναμειγνύεται με αέρα σε ποσοστό όγκου 13 έως 28%. Λόγω της διάβρωσης, ο χαλκός ή τα κράματα χαλκού δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις αμμωνίας. Είναι τοξική αλλά όχι συσσωρευτικά δηλητηριώδης. Γίνεται αντιληπτή λόγω της ιδιαίτερης οσμής της, σε συγκεντρώσεις πολύ χαμηλότερες από αυτές που απειλούν την υγεία.

Στη βιομηχανία της ψύξης, είναι πάντα ένα ερώτημα αν θα χρησιμοποιηθεί αμμωνία ή φθοριούχο ψυκτικό μέσο, το οποίο πάντα σχετίζεται με την απόδοση αλλά και το κόστος αυτού. Μελέτη εταιρίας που ασχολείται με το σχεδιασμό και τη προμήθεια υλικών και εξοπλισμού για τη μόνωση Ψυκτικών Αποθηκών και Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Τροφίμων, έδειξε ότι η μέση μηνιαία κατανάλωση ρεύματος στη περίπτωση χρήσης αμμωνίας ήταν 30% λιγότερη σε σχέση με τη χρήση φθοριούχων ψυκτικών υγρών. Οι εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν αμμωνία, εκτός του χαμηλότερου αρχικού κόστους πλήρωσης με ψυκτικό μέσο, έχουν και χαμηλότερο λειτουργικό κόστος (συντήρηση και ενέργεια), καθώς είναι ένα από τα αποδοτικότερα ψυκτικά μέσα.

Πηγές

https://www.freezerchallenge.org/

Refrigeration – An introduction to the basics, Danfoss

*Ο Γιώργος Μορφονιός είναι Γεωπόνος – Επιστήμονας Τροφίμων, MSc Συστήματα διαχείρισης ποιότητας & διασφάλισης υγιεινής τροφίμων, senior consultant AG ADVENT AE