تاریخچه‌ی گاز های مبرد

 

تا حالا به این فکر کردید که اولین گازی که انسان برای تولید سرمای مصنوعی استفاده کرد چی بود؟
شاید فکر کنید فریون…
اما داستان خیلی قدیمی‌تر از فریونه.
برگردیم به سال ۱۷۵۵؛ زمانی که هنوز خبری از یخچال و کولر گازی نبود.
یک دانشمند اسکاتلندی به نام ویلیام کالن آزمایشی انجام داد که یکی از اولین قدم‌ها در تاریخ تبرید مصنوعی بود.

او داخل یک محفظه، روی ماده‌ای به نام اتر خلأ ایجاد کرد. اتر شروع به تبخیر کرد و برای تبخیر شدن، گرمای محیط اطراف خودش رو جذب کرد.

نتیجه؟
دمای محیط به‌شدت پایین اومد و حتی مقدار کمی یخ تشکیل شد.
کالن شاید نمی‌دونست، اما یک اصل مهم رو به نمایش گذاشته بود:
وقتی یک ماده تبخیر میشه، برای این تغییر حالت به گرما نیاز داره؛ و این گرما رو از محیط اطرافش می‌گیره.
اما هنوز یک مشکل وجود داشت.
چطور می‌شد این فرآیند رو به‌صورت مداوم تکرار کرد؟
حدود پنجاه سال بعد، الیور ایوانز ایده یک سیستم تبرید تراکمی رو مطرح کرد؛ سیستمی که به‌جای اینکه فقط یک آزمایش باشه، می‌تونست یک چرخه دائمی ایجاد کنه.

و در سال ۱۸۳۴، مهندس آمریکایی جیکوب پرکینز اولین دستگاه عملی تبرید تراکمی بخار رو ساخت.

مبرد این دستگاه؟
اتر.
اما اتر و بسیاری از مبردهای اولیه یک مشکل بزرگ داشتن.
بعضی از اون‌ها قابل اشتعال، سمی یا خورنده بودن.
با توسعه صنعت تبرید، مواد مختلفی مثل آمونیاک، دی‌اکسیدکربن، دی‌اکسید گوگرد و متیل کلراید وارد این صنعت شدن.
اما هنوز یک ماده ایده‌آل وجود نداشت.
تا اینکه در دهه ۱۹۲۰، صنعت یخچال با یک مشکل جدی روبه‌رو شد.
اگر قرار بود یخچال وارد خانه‌های مردم بشه، نمی‌شد داخل هر خونه‌ای ماده‌ای سمی یا شدیداً قابل اشتعال در گردش باشه.
اینجا بود که توماس میجلی جونیور، آلبرت هن و رابرت مک‌نری وارد ماجرا شدن.

هدفشون ساختن خانواده‌ای از ترکیبات جدید بود؛ موادی که در شرایط عادی پایدار، کم‌خطرتر و مناسب استفاده به‌عنوان مبرد باشن.
و نتیجه این تحقیقات، ظهور CFCها بود.
یکی از معروف‌ترین اون‌ها:
R-12 یا دی‌کلرودی‌فلورومتان.
فرمولش:
CCl₂F₂

یعنی یک اتم کربن، دو اتم کلر و دو اتم فلوئور.
اما این ماده چطور ساخته می‌شد؟
به‌صورت ساده، فرآیند صنعتی از ترکیبات کلردار کربنی، مثل تتراکلرید کربن، شروع می‌شد و با استفاده از هیدروژن فلوراید و کاتالیست، اتم‌های کلر و فلوئور به‌تدریج روی ساختار کربنی قرار می‌گرفتن.
بعد از واکنش، محصولات مختلف از هم جدا و خالص‌سازی می‌شدن تا ماده موردنظر، یعنی R-12، به دست بیاد.
و اینجا اتفاقی افتاد که صنعت تبرید رو برای همیشه تغییر داد.
CFCها نسبت به بسیاری از مبردهای قبلی، پایدارتر و بسیار کم‌اشتعال‌تر بودن و برای استفاده در یخچال‌ها و سیستم‌های سرمایشی بسیار مناسب به نظر می‌رسیدن.
فریون وارد بازار شد.
یخچال‌های خانگی توسعه پیدا کردن.
سیستم‌های تهویه مطبوع گسترش پیدا کردن.
و برای چندین دهه، CFCها تقریباً یک راه‌حل ایده‌آل به نظر می‌رسیدن.
اما…
یک مشکل پنهان وجود داشت.
CFCها در نزدیکی سطح زمین بسیار پایدار بودن.
اما همین پایداری باعث می‌شد وقتی وارد لایه‌های بالایی جو می‌شدن، مدت زیادی باقی بمونن.
اشعه فرابنفش خورشید می‌تونست مولکول CFC رو تجزیه کنه و اتم‌های کلر آزاد کنه.
و این کلر می‌تونست وارد واکنش‌های زنجیره‌ای با ازون بشه و باعث تخریب اون بشه.

در سال ۱۹۷۴، دانشمندان ماریو مولینا و اف. شرود رولند ارتباط CFCها با تخریب لایه ازون رو مطرح کردن.
یعنی چیزی که زمانی برای ساختن یک یخچال ایمن‌تر اختراع شده بود، حالا مشخص شده بود که می‌تونه به یکی از مهم‌ترین سپرهای طبیعی زمین آسیب بزنه.
و اینجا تاریخ گازهای مبرد وارد مرحله جدیدی شد:
CFCها کنار گذاشته شدن، HCFCها و بعد HFCها وارد صنعت شدن و بعد از اون، نسل‌های جدیدتر مبردها مثل HFOها و مبردهای طبیعی دوباره مورد توجه قرار گرفتن.

پس داستان گازهای مبرد فقط داستان «چطور سرما تولید کنیم» نیست.
داستان بیش از ۲۵۰ سال تلاش انسان برای پیدا کردن ماده‌ایه که بتونه گرما رو جابه‌جا کنه؛
از اتر و اولین آزمایش‌های سرمایش،
تا ماشین تبرید پرکینز،
تا آمونیاک و CO₂،
تا فریون و CFCها،
و در نهایت رسیدن به مبردهایی که امروز در یخچال‌ها، کولرها و سیستم‌های تبرید صنعتی استفاده می‌کنیم.
و شاید جالب‌ترین بخش این داستان این باشه که…
گاهی یک اختراع می‌تونه در زمان خودش بهترین راه‌حل ممکن به نظر برسه؛ اما سال‌ها بعد بفهمیم که باید برای پیدا کردن یک راه‌حل بهتر، دوباره از اول شروع کنیم.