幾乎所有在美國(guó)市場(chǎng)上出售的汽車均使用了四氟丙烯（R-1234yf）制冷劑，但歐盟目前正在醞釀關(guān)于該制冷劑的禁令，同時(shí)行業(yè)也在研究諸如二氧化碳和丙烷等替代制冷劑。

據(jù)R-1234yf的制造商科慕公司（Chemours）稱，自R-1234yf取代已被廣泛使用的四氟乙烷（R-134a）以來(lái)，其使用量大幅增長(zhǎng)，且目前已用于美國(guó)市場(chǎng)95%的新車中。據(jù)估計(jì)，全球道路上約2.2億輛汽車正在使用R-1234yf。被淘汰的R-134a自上世紀(jì)90年代開始廣泛應(yīng)用于汽車和卡車中，但美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）的數(shù)據(jù)顯示，這種氣體冷卻劑存在一個(gè)問(wèn)題，即“其全球增溫潛勢(shì)（GWP）高達(dá)二氧化碳的1430倍?！?/p>

自2017年起，歐盟法規(guī)禁止在新車中使用GWP超過(guò)150的任何制冷劑。這一規(guī)定導(dǎo)致R-134a遭到淘汰，但同時(shí)也為GWP僅為4的R-1234yf敞開了大門。不過(guò)，歐盟目前正重新審視R-1234yf的排放規(guī)定，并可能在未來(lái)幾年內(nèi)發(fā)布相關(guān)禁令。但在美國(guó)市場(chǎng)上，EPA仍支持使用R-1234yf制冷劑。

關(guān)于制冷劑的爭(zhēng)議由來(lái)已久。早在2015年，歐盟委員會(huì)曾因德國(guó)允許汽車制造商使用被禁制冷劑而將其告上歐洲法院。當(dāng)時(shí)，戴姆勒公司辯稱，這是由于R-1234yf可能在前端碰撞中引發(fā)火災(zāi)，他們才會(huì)使用被禁制冷劑，但歐盟表示：“其他汽車制造商并未遇到這種問(wèn)題?！笨颇焦痉QR-1234yf是一種“經(jīng)過(guò)全方位測(cè)試的輕度易燃制冷劑”，并援引了歐盟委員會(huì)于2014年經(jīng)科學(xué)評(píng)估通過(guò)的關(guān)于該制冷劑的審批。梅賽德斯-奔馳目前仍支持使用該新型制冷劑，其發(fā)言人Pascal Becker向SAE透露，公司已針對(duì)使用R-1234yf制冷劑的汽車“制定了一套全面的安全策略，以降低其潛在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)”。

除了易燃風(fēng)險(xiǎn)外，當(dāng)R-1234yf在環(huán)境中降解時(shí)，是否也會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的健康問(wèn)題？科慕在接受SAE采訪時(shí)堅(jiān)定地維護(hù)了其產(chǎn)品，宣稱該制冷劑“的全球增溫潛勢(shì)比上一代制冷劑（R-134a）降低了99%，在不削弱制冷劑性能的同時(shí)還推動(dòng)了全球氣候目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)?！钡@并不能消解這一擔(dān)憂。

布里斯托大學(xué)在2021年進(jìn)行的一項(xiàng)研究顯示，R-134a和R-1234yf均會(huì)導(dǎo)致有機(jī)三氟乙酸（TFA）的排放，但R-1234yf在這方面的危害更為嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)，將R-134a替換為R-1234yf會(huì)導(dǎo)致“全球三氟乙酸的排放增加33倍，即從2015年R-134a排放產(chǎn)生的65噸/年增加至R-1234yf排放當(dāng)量產(chǎn)生的2200噸/年?！?/p>

科慕公司稱“95%的三氟乙酸來(lái)自大自然”，部分來(lái)自“農(nóng)業(yè)和制藥業(yè)等人為來(lái)源”。該公司還表示，“過(guò)去20年中的諸多獨(dú)立研究均證實(shí)了人為來(lái)源的三氟乙酸并不會(huì)對(duì)環(huán)境或人類健康構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)?！笨颇焦驹?lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）在2022年的一項(xiàng)報(bào)告作為支撐，其中顯示人為制造的三氟乙酸在全球范圍內(nèi)分布均勻。該報(bào)告稱：“三氟乙酸不太可能在其天然存在的地區(qū)對(duì)人類或環(huán)境構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，但該物質(zhì)的排放會(huì)迅速改變其在地表水（或土壤）中的濃度。通過(guò)監(jiān)控環(huán)境中殘留的三氟乙酸的濃度變化，我們可判斷出其是否在環(huán)境中迅速增加，并據(jù)此獲得早期預(yù)警。”

這項(xiàng)聯(lián)合國(guó)發(fā)布的報(bào)告證實(shí)三氟乙酸可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，且不會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。報(bào)告稱：“由于不易發(fā)生反應(yīng)，三氟乙酸鹽可在環(huán)境中長(zhǎng)期存在。雖然其半衰期的估測(cè)值尚未得出，但這個(gè)數(shù)值可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)百年或數(shù)千年。鑒于此，我們無(wú)需對(duì)三氟乙酸的長(zhǎng)期穩(wěn)定性過(guò)分擔(dān)憂，因?yàn)樵撐镔|(zhì)不會(huì)與生物分子發(fā)生反應(yīng)。三氟乙酸及三氟乙酸鹽易于被動(dòng)物排出體外，因此不會(huì)在食物鏈中逐級(jí)累積。此外，三氟乙酸鹽對(duì)動(dòng)物和植物的毒性較低。”

1EPA的立場(chǎng)

EPA在接受SAE采訪時(shí)表達(dá)了相似的立場(chǎng)，認(rèn)為三氟乙酸“不會(huì)與生物分子相互作用，而且由于在水中的溶解度較高，該物質(zhì)不會(huì)導(dǎo)致生物累積，因此不太可能對(duì)陸生生物和水生生物造成不良影響。”EPA還表示，即使R-1234yf的使用量較高，其排放的三氟乙酸濃度“仍遠(yuǎn)低于造成不良影響的閾值”。

EPA研究了二氧化碳作為制冷劑替代方案的可行性，并得到了積極的結(jié)論。該環(huán)保機(jī)構(gòu)表示其仍在“繼續(xù)評(píng)估適用于機(jī)動(dòng)車空調(diào)領(lǐng)域中的新型制冷劑替代方案?！?/p>

環(huán)保組織并未因此消除對(duì)三氟乙酸累積的擔(dān)憂。密歇根州安娜堡生態(tài)中心的研究總監(jiān)Jeff Gearhart在接受SAE采訪時(shí)質(zhì)疑道：“既然汽車制造商有能力識(shí)別出引發(fā)公眾擔(dān)憂的新興化學(xué)物質(zhì)，那么他們當(dāng)初為何還要使用R-1234yf呢？汽車制造商的選擇導(dǎo)致我們?cè)谶€未識(shí)別出其潛在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，就使三氟乙酸成為了全球性污染物?！?/p>

新澤西州公共衛(wèi)生與養(yǎng)老部將三氟乙酸描述為一種在接觸時(shí)“可能嚴(yán)重刺激和灼傷皮膚與眼睛，并可能造成眼睛損傷”，同時(shí)伴隨“咳嗽、氣喘和/或呼吸急促”的“腐蝕性化學(xué)物質(zhì)”。德國(guó)咨詢與工程公司Refolution Industriek?lte GmbH曾在2021年指出：“飲用水中的三氟乙酸可能會(huì)損傷肝臟，并產(chǎn)生其他影響，例如影響激素系統(tǒng)?！?/p>

EPA宣布，自2021車型年起，禁止在新車上使用R-134a制冷劑，但尚未發(fā)布任何關(guān)于R-1234yf的禁令，也未將其歸為含全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）的化學(xué)品。然而，咨詢公司Ducker Carlisle的一項(xiàng)研究表明：許多OEM和熱管理供應(yīng)商均預(yù)測(cè)歐盟將在2030年前推出一項(xiàng)R-1234yf禁令。該研究報(bào)告稱，歐洲化學(xué)品管理局（European Chemical Agency）正在審核一項(xiàng)將R-1234yf列入禁用化學(xué)物質(zhì)清單的提案。

EPA并未回應(yīng)SAE就該事項(xiàng)提出的咨詢。然而，2023年向歐洲議會(huì)呈遞的一份請(qǐng)?jiān)笗岢隽私肦-1234yf，并將二氧化碳作為替代方案。今年，歐洲議會(huì)表示其正在考慮限制R-1234yf的使用。

汽車行業(yè)也在積極研究R-1234yf的替代方案。博世公司熱管理工程總監(jiān)Dana Nicgorski向SAE透露：“目前，全球尚未統(tǒng)一PFAS的定義，但是歐洲對(duì)PFAS的定義涵蓋范圍更廣。即便EPA沒(méi)有發(fā)布禁令，一些公司也可能會(huì)主動(dòng)采用天然制冷劑作為替代方案。”

博世正在研究將二氧化碳和丙烷作為未來(lái)的制冷劑。Nicgorski表示：“空調(diào)和熱泵行業(yè)正在推廣丙烷制冷劑，我們認(rèn)為汽車行業(yè)也將緊隨其后?！彼€補(bǔ)充道，丙烷具有“更優(yōu)越的熱力學(xué)性能”，而且由于丙烷制冷系統(tǒng)使用的組件數(shù)量較少，“其成本可能比使用1234yf的制冷系統(tǒng)低”。丙烷的成本優(yōu)勢(shì)可能會(huì)減輕汽車行業(yè)對(duì)采用新型制冷劑的顧慮，但是改用丙烷的過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生高昂的成本。雖然燃燒丙烷會(huì)引發(fā)氣候問(wèn)題，但氣態(tài)丙烷的GWP并不高。丙烷的泄漏問(wèn)題也需得到重視，但Nicgorski指出，當(dāng)今的密封式空調(diào)設(shè)備對(duì)比皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)這樣的排放設(shè)備也不可同日而語(yǔ)。

2024年9月，在柏林舉行的ATMOsphere制冷劑替代方案大會(huì)上，柏林工業(yè)大學(xué)熱傳遞與熱轉(zhuǎn)換系主任Stefan Elbel表示：“時(shí)間將會(huì)檢驗(yàn)丙烷和二氧化碳哪種會(huì)成為更優(yōu)的替代方案。但從環(huán)保的角度看，兩者相差無(wú)幾，均可作為良好的制冷劑替代方案。”

EPA對(duì)此持保留意見，并在書面文件中指出：“丙烷等烴類制冷劑極易燃燒，而且根據(jù)《清潔空氣法案》（Clean Air Act）和EPA通過(guò)的《重要新替代品政策》（SNAP）計(jì)劃，烴類制冷劑不可作為汽車空調(diào)的替代方案，因?yàn)槭褂么祟愔评鋭赡芤l(fā)火災(zāi)或爆炸，造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。它還可能使汽車保修變成一紙空文?！?/p>

2已推出的替代方案

大眾集團(tuán)自2020年開始為ID.3、ID.4以及奧迪Q4 etron車型提供采用二氧化碳作為制冷劑且不含PFAS的熱泵系統(tǒng)。同時(shí)，福特在大眾MEB平臺(tái)上打造的純電動(dòng)版探險(xiǎn)者也提供了二氧化碳熱泵系統(tǒng)作為可選方案。福特認(rèn)為丙烷（代號(hào)R290）將成為下一代熱管理系統(tǒng)的最佳制冷劑。

旨在推動(dòng)制冷行業(yè)清潔化的全球性組織ATMOsphere的資深編輯Michael Garry表示：“二氧化碳被視為［R-1234yf］（尤其在電動(dòng)車熱泵領(lǐng)域）最具替代潛力的天然制冷劑。丙烷也被視為一種天然制冷劑替代方案，但在該領(lǐng)域中的關(guān)注度較低?！?/p>

代表20多家汽車制造商的美國(guó)汽車創(chuàng)新聯(lián)盟（The Alliance for Automotive Innovation）對(duì)于歐洲可能出臺(tái)的R-1234yf禁令不與置評(píng)，而是向公眾提及了聯(lián)盟在2023年明尼蘇達(dá)州考慮出臺(tái)PFAS法規(guī)之際向該州污染控制局提交的一封信函。該聯(lián)盟表示：“如果明尼蘇達(dá)州即將出臺(tái)的PFAS法規(guī)禁止聯(lián)盟成員在其生產(chǎn)的汽車中使用目前的制冷劑，那么OEM可能必須對(duì)其近期升級(jí)的汽車空調(diào)系統(tǒng)和汽車進(jìn)行大幅度重新設(shè)計(jì)和改造，甚至可能需要改造舊版汽車。因此，需要對(duì)PFAS的定義進(jìn)行修改，才能將R-1234yf等制冷劑排除在外。”

如果三氟乙酸被正式列為PFAS，那么在已頒布PFAS禁令的州使用該物質(zhì)將構(gòu)成違法行為。雖然加州實(shí)施的PFAS禁令堪稱全美最嚴(yán)禁令之一，但緬因州才是首個(gè)禁止銷售故意添加PFAS的產(chǎn)品的州，且該州計(jì)劃于2040年開始著手解決制冷劑問(wèn)題。

哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院博士后研究員Heidi Pickard曾研究過(guò)三氟乙酸，她表示：“目前使用的許多制冷劑……均會(huì)降解為三氟乙酸等短鏈PFAS，并在環(huán)境中不斷積累。歐洲正在推動(dòng)關(guān)于PFAS化學(xué)物質(zhì)的禁令，但其中是否包含三氟乙酸不得而知。

歐洲汽車制造商協(xié)會(huì)（The European Automobile Manufacturers’ Association）在2023年發(fā)布的一份報(bào)告中指出，將R-1234yf系統(tǒng)替換為（使用二氧化碳的）R-744系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致每臺(tái)汽車的空調(diào)成本上漲300歐元（334.73美元）。該報(bào)告稱：“更換制冷劑意味著歐盟汽車制造商每年的制造成本將增加17億歐元（18.9億美元），從而導(dǎo)致其在全球市場(chǎng)上失去競(jìng)爭(zhēng)力。”報(bào)告還預(yù)測(cè)，更換制冷劑將引發(fā)零部件短缺的問(wèn)題。