Evropské předpisy povolují v klimatizačních systémech nových vozidel používat pouze chladivo R-1234yf (tzv. nové chladivo). To se možná brzy změní – jedna z předních technologických společností na trhu vyvinula účinný systém na bázi propanu (R-290) a spolu s dalšími zástupci průmyslu bojuje za schválení používání tohoto plynu jako chladiva v sériově vyráběných automobilech.

Trh s klimatizacemi pro automobily čekají změny. Proč propan?

Současné předpisy EU týkající se automobilových klimatizačních systémů jsou velmi přísné. Od roku 2017 je v nově vyráběných vozidlech povoleno pouze jedno chladivo – R-1234yf. Jeho zavedení provázely kontroverze, protože je hořlavější než dříve hojně používané chladivo R134a. Změna však byla obhajována tím, že nové chladivo má výrazně nižší dopad na globální oteplování.

Propan je plyn, který se v klimatizačním průmyslu používá již řadu let. Má vynikající chladicí vlastnosti. Nejedná se o fluorovaný plyn (F-plyn), takže se nepočítá mezi látky s významným vlivem na globální oteplování. Doposud však za omezením jeho používání ve vozidlech stál jeden zásadní problém: vysoká hořlavost. Propan je mnohem hořlavější než v současnosti používaný plyn R-1234yf, který je koneckonců také kritizován pro svou vysokou hořlavost. V bezpečnostní třídě ASHRAE je propan popsán jako vysoce hořlavý (R-1234yf dostal označení „nízká hořlavost“) a výbušný.

Vysoká hořlavost propanu je samozřejmě nevýhodou, která dosud znemožňovala jeho schválení pro použití ve vozidlech. Automobilový průmysl se však nevzdává výzkumných a vývojových prací na tomto plynu. Má velký chladicí potenciál, který by mohl pomoci uspokojit nejvyšší nároky současného automobilového trhu (o tom za chvíli), a navíc je jeho výroba nesrovnatelně levnější než u R-1234yf (poměr přibližně 3-6 EUR za kg ku 80-150 EUR za kg).

Skupina ZF právě představila prototyp nového systému tepelného managementu, který by měl být díky použití propanu jako chladiva výrazně účinnější a udržitelnější než současná řešení. Cílem práce společnosti ZF bylo dosáhnout co nejlepšího chladicího a topného výkonu při venkovních teplotách od -25 °C do +35 °C. Důvodem práce je rostoucí rozšíření elektromobilů a plug-in hybridů, které vyžadují vysoce účinné klimatizační systémy (slouží nejen k chlazení interiéru vozidla, ale také motoru a baterií). Společnost ZF odhaduje, že s jejím systémem na bázi propanu bude možné zvýšit dojezd elektrifikovaných vozidel o 10 %, aniž by bylo nutné používat dražší pohonné jednotky nebo větší baterie.

Technické detaily systému ZF TherMaS

TherMaS je systém, který je lehčí a menší než srovnatelná řešení, a přitom účinnější a hospodárnější. Použití propanu jako chladiva zajišťuje výrazně lepší chladicí výkon a menší celkové rozměry a hmotnost systému. Při testech optimalizované řízení tepla a účinnější využití odpadního tepla z hnacího ústrojí zvýšilo dojezd v náročných zimních podmínkách až o 10 % a v extrémních podmínkách až o 30 %.

„Baterie v elektromobilu je velmi citlivá na provozní teplotu. Nejlépe funguje při teplotách mezi 15 a 25 °C,“ vysvětluje Dr. Otmar Scharrer, senior viceprezident pro výzkum a vývoj ve společnosti ZF. „Extrémní teploty výrazně snižují efektivní dojezd, protože systém tepelného managementu pak musí pracovat intenzivněji, což zvyšuje spotřebu energie. Proto společnost ZF vyvinula vlastní systém TherMaS.“

Společnost ZF představila koncepční systém centrálního tepelného řízení již v roce 2023. Od té doby došlo k významnému technologickému pokroku. Systém nabízí topný a chladicí výkon minimálně 10 kW při venkovních teplotách od -25 °C do +35 °C. Byl navržen komplexně: všechny tepelné funkce byly integrovány do jediného nezávislého subsystému – včetně prvního tepelného čerpadla navrženého společností ZF. Složitost systému, včetně architektury E/E a řízení, byla snížena – kompaktní obal šetří místo a čas při instalaci a snižuje tepelné ztráty.

Systém TherMaS byl testován v demonstračním vozidle. Nebyla zjištěna žádná rizika týkající se bezpečnosti systému. Systém TherMaS bude k dispozici ve třech výkonnostních třídách pro různé aplikace a platformy vozidel. Výrobci automobilů již údajně projevili velký zájem, i když překážkou jsou evropské předpisy.

Výrobci náhradních dílů budou bojovat o propan

Na problém ohledně předpisů jsme se zeptali v centrále ZF. Obdrželi jsme odpověď, z níž vyplývá, že společnost doufá, že získá souhlas k zavedení svého řešení do sériové výroby:

ZF spolupracuje s dalšími automobilovými společnostmi v konsorciu, které chce koncem roku 2024 požádat americkou Agenturu pro ochranu životního prostředí (EPA) o povolení používat propan. Obdrželi jsme potvrzení, že veškerá požadovaná dokumentace byla předložena v plném rozsahu a že žádost je v současné době posuzována. Na základě současných odhadů očekáváme kladné rozhodnutí kolem roku 2026. Kladné posouzení EPA by rovněž otevřelo cestu k regulačnímu schválení v Evropě. Společnost ZF se tohoto procesu aktivně účastní, aby zajistila, že systém TherMaS bude vyvinut v plném souladu s regulačním rámcem. Naším cílem je dodat technologicky vyspělé a na trh připravené řešení, které splní jak požadavky předpisů, tak očekávání našich zákazníků a partnerů.

Ačkoli je ZF německá společnost, strategie získat schválení nejprve na americkém trhu by neměla být překvapením. Tamní právní systém je již léta považován za mnohem otevřenější vůči zavádění nových automobilových technologií (např. řešení souvisejících s autonomním řízením). Budeme i nadále sledovat vývoj legislativy pro schválení propanu jako chladiva ve vozidlech.