目前，環境變暖導致的氣候變化和臭氧空洞已成為全球性的環境問題，如果不加以控制，將對人類的生存和發展構成嚴峻挑戰。因此，在汽車空調制冷劑替代的研究過程中，我們應該加強保護生態環境的意識，不能只看到眼前的利益，更要註重生態環境與人類的協調可持續發展。
制冷劑對大氣環境的影響
制冷劑是制冷過程中完成制冷循環的工質。鹵代烴制冷劑主要用於空調制冷，其中沒有氫原子的稱為氯氟烴(CFC)，有氫原子的稱為氫氯氟烴(HCFC)，沒有氯原子的稱為氫氟烴(HFC)。空調制冷劑對大氣環境的影響主要有兩個方面，壹是破壞大氣臭氧層，二是使全球氣候變暖的溫室效應。
在鹵代烴中，隨著氯原子的增加，對臭氧層的破壞更加嚴重。所以CFC對臭氧層的破壞最嚴重，HCFC對臭氧層的破壞相對較小，HFC對臭氧層沒有破壞。制冷劑對臭氧層的破壞程度用臭氧消耗潛能(ODP)來表示。
制冷劑的排放會產生全球變暖的溫室效應，其影響程度用全球變暖潛勢來表示(GWP)。
制冷劑CFC-12的淘汰和替代
在《蒙特利爾議定書》簽署之前，大多數汽車空調系統使用CFCl2作為制冷劑。CFCl2是壹種理想的制冷劑，其沸點和摩爾質量分別為-29.79℃和120.93kg/kmol，但ODP值較高。根據蒙特利爾議定書，CFC12屬於壹級禁用制冷劑。
為了尋找替代CFC物質的新制冷劑，空調行業進行了廣泛的研究，為尋找ODP值為零的新制冷劑做了大量的努力。在這些研究中，杜邦公司開發的制冷劑HFC134a已成功應用於制冷行業。制冷劑HFC134a的主要特性是:不含氯原子；具有良好的安全性能；物理性質接近CFCl2，因此很容易對制冷系統進行改造。傳熱性能優於CFCl2，並且可以大大減少制冷劑的用量。HFC134a和CFCl2蒸發壓力相近，ODP值為零，GWP值僅為0.29，無明顯毒性(長期慢性毒性試驗仍在進行中)。下表列出了汽車空調常用制冷劑在大氣中的ODP值、GWP值和使用壽命。
HFC134a與現有的礦物冷凍機油不相溶，因此我們必須為其尋找新的壓縮機油。通過反復試驗和篩選，研制出兩種與HFC134a互溶的油。他們的代碼是PAG和POE，PAG石油被廣泛使用。但仍存在以下問題:其吸濕能力較高，容易造成制冷系統節流元件(毛細管或膨脹閥)的冰阻，需要增加系統中幹燥劑的用量或提高其吸濕能力；在高溫下，與HFC134a的溶解度降低，甚至不溶。因此，要特別註意改善系統的冷凝條件，不要使冷凝溫度過高；潤滑性比礦物油稍差；對制冷系統目前使用的橡膠密封件有滲透或腐蝕作用，不僅涉及橡膠密封件，還涉及制冷劑輸送軟管；價格比現在的冷凍機油貴4-5倍。針對以上問題，汽車空調制冷系統的設計應做如下改動:制冷壓縮機排量不變，可維持原型號，但橡膠密封件必須全部采用HNBR；冷凝器(包括儲液幹燥器)的設計需要修改，以提高散熱能力和吸收制冷劑和油中水分的能力；蒸發器可以保持原有結構不變；熱力膨脹閥必須增加原節流元件的阻尼值，所以要減少其節流孔，改變密封的材質，型號顯示為HFC 134 a；對於制冷劑管路(包括軟管和連接器)，需要改變連接器中密封件的材料。軟管采用多層復合結構，在PAG耐油橡膠內襯中夾有壹層尼龍，以提高抗滲透性。
目前HFC134a已經商業化，廣泛應用於制冷空調，尤其是汽車空調。這是因為，第壹，HFC134a的特性，第二，通過選擇單壹制冷劑，可以防止制冷劑在通過橡膠軟管時成分發生變化。目前全球生產的HFC134a制冷劑有50%用於汽車空調。由於汽車空調的特殊工作條件，在海中壹般兩年加註壹次制冷劑。
2006年我國新車消費量約為6550噸，保養消費量約為2950噸，合計9500噸，同比增長25%，占HFC134a總消費量的56%。這說明中國的汽車空調市場是巨大的，對制冷劑的需求也是巨大的。
制冷劑HFC134a的替代
根據歐盟通過的《含氟溫室氣體控制條例》的要求，歐盟將於2017年6月+10月1日起禁止在新生產的汽車空調中使用GWP值大於150的制冷劑，HFC134a因其GWP值為1300而被禁止使用。從2011 1 10月1到2017 1 10月65438這六年間，GWP大於150的制冷劑將按比例淘汰。從2017，1開始，所有汽車空調將禁止使用GWP大於150的制冷劑。因此，在汽車空調中使用低GWP制冷劑是壹種趨勢和必然，CO2、碳氫化合物、HFC152a以及壹些可用作汽車空調制冷劑的混合物成為研究熱點。@page@
(1)合成工質制冷劑
從2002年開始，美國Honeywell公司開始研發HFC134a的混合物替代物，開發出由四氟丙烯(CF3CF=CH2)和三氟碘甲烷(CF3l)組成的二元混合物，命名為Fluid H，據報道，該混合物的GWP值小於10，具有不燃、滑移溫度低、與原有HFC134a體系兼容性好的特點。目前正在進行毒性和系統穩定性試驗、壓縮機試驗、系統試驗和車體試驗。
美國德爾福、通用汽車等公司正在開發以HFC152a為制冷劑的汽車空調系統。根據研究和試驗結果可以看出，在汽車空調系統中使用HFC152a作為制冷劑，基本上不需要改變現有使用HFC134a作為制冷劑的汽車空調系統的管路部件和生產線。與目前的HFC134a系統相比，可以提供相當甚至更好的制冷效果，性能系數更高。
2003年，使用HFC152a的測試車在美國亞利桑那州鳳凰城舉行的SAE新型制冷劑研討會上受到好評。
此外，杜邦公司和lneos公司還宣布，他們正在開發HFC134a的替代品，這種替代品符合歐盟的要求。
在國內，山東東嶽化工股份有限公司積極跟蹤國內外發展趨勢，根據歐盟要求，開發了汽車空調制冷劑HFC134a的替代物DYRl。其ODP值為零，GWP值為115，與現有以HFC134a為制冷劑的汽車空調系統兼容，能效更好。目前正在進行應用測試和系統測試。
雖然上述企業對汽車空調HFC134a替代品做了大量的研發和試驗工作，但對於這些替代品的大規模生產和應用，仍有許多方面需要改進。預計HFC134a替代汽車空調仍將是近期的研究熱點之壹。
(2)天然制冷劑的應用
碳氫化合物
目前用作制冷劑的碳氫化合物主要有丙烷(R290)、丁烷(R600)和異丁烷(R600a)，其中R600a已在歐洲和部分發展中國家的冰箱中廣泛使用，且符合《京都議定書》的要求，ODP=0，GWP=15，環保性能好，成本低，工作壓力低。此外，R290和R600a組成的混合制冷劑也有壹定的開發和利用。
氨(R717)
氨使用了120年，至今仍在使用。它的ODP=0，GWP=0，並且它具有優異的熱性能、低價格和容易的泄漏檢測。但是氨有毒易燃，要註意，雖然100多年的使用記錄表明氨的事故率很低。今後必須找到更好的安全措施，如減少氨的充裝量、采用螺桿壓縮機、引入板式換熱器等。但其油溶性、與某些材料不相容、排氣溫度高等問題也需要合理解決。
二氧化碳(R744)
CO2是壹種自然物質，ODP=0，GWP=1。來源廣，成本低，安全無毒，不易燃，適用於各種常用機械零件材料的潤滑油，即使在高溫下，它也不分解產生有害氣體。CO2的蒸發潛熱大，單位體積制冷量相當高，所以壓縮機及其部件體積小。絕熱指數較高，K=1.30，壓縮機壓比約為2.5-3.0，低於其他制冷系統，容積效率較大，接近最優經濟水平，發展潛力較大。
汽車空調使用的主要自然工質是CO2制冷劑。CO2的制冷性能已經得到認可。但其穩定性受到質疑，不允許泄漏到車內，影響CO2系統中的乘客。CO2系統能耗比較高，配件價格也很高，不適合經濟型車。這類系統的噪音和振動也是急需解決的技術問題，維護起來也不容易。
發展趨勢
雖然國際社會都在呼籲HFC134a的替代，但對國內市場影響不大。HFC134a在國內處於發展期，即使在歐美，其替代也剛剛起步。這是因為壹種制冷劑的研發和正式應用需要很長時間，而且國產制冷劑壹直受制於大公司的專利。只有自主研發，才能在市場上立於不敗之地。
綜上所述，在環保和節能的雙重壓力下，發展綠色制冷劑是大勢所趨。由於國際上商業化量產(替代)制冷劑並不理想，國內外研究人員仍在不懈探索，並在部分領域取得了壹定的成果和突破，但新產品的持續研發仍需繼續。