Proč nepoužíváme ekologické chladicí kapaliny?

Nemrznoucí směsi na bázi glykolů jsou k dispozici ve verzi neškodlivé pro člověka téměř od počátku jejich objevu v 50. letech 20. století. Jejich používání v chladicích systémech vozidel se však prosazuje velmi pomalu. Před ekonomickou krizí to s jejich uplatněním zejména v dopravní technice - autobusech vypadalo velmi perspektivně. Nyní nám však kromě teplonosných kapalin v solárních systémech, tepelných čerpadlech a podobných aplikací z jejich použití mnoho nezbylo. Proč?

Není glykol jako glykol

Jako majoritní nemrznoucí složka pro chladicí kapaliny vozidel všech druhů se v současnosti používá ethylenglykol (Ethan-1,2-diol). Ten má pro tyto aplikace přibližně stejně velkou roční spotřebu jako pro výrobu PET lahví a polyesterových vláken. Kromě tohoto glykolu je použitelná i jemu obdobná látka - propylenglykol (Propan-1,2-diol). Masové využití této chemikálie je zejména v potravinářství, kosmetickém průmyslu a podobných oborech, kde je vítána jeho neškodlivost pro zdraví člověka a vyšší savce. Obdobně jako v případě snadné záměny methanolu za ethanol (líh) je v případě ethylenglykolu možné splést si jej s propylenglykolem, nebo dokonce s obyčejnou vodou. Oba glykoly jsou totiž bezbarvé, bez zápachu, mírně viskózní a lehce nasládlé kapaliny. A podobnost s methanolem má ethylenglykol i při podání první pomoci. Krátce po jeho požití slouží líh jako "protijed" tím, že je tělem přednostně metabolizován, a jedovatý glykol projde tělem beze změny, aniž by vznikly látky poškozující játra a ledviny.

Ekologický neznamená jen neškodlivý pro člověka

Je nutné rozlišovat škodlivost pro zdraví člověka a pro životní prostředí jako takové. Z hlediska odbouratelnosti ve vodě jsou na tom totiž oba dva glykoly podobně, tedy špatně, a nelze je, stejně jako použité chladicí kapaliny, v žádném případě vypouštět do kanalizace nebo vodních toků. Ona si s nimi čistírna odpadních vod nakonec poradí, ale výrazný nárůst biologické a chemické spotřeby kyslíku na jejich odbourání bude signalizovat, že došlo k jejich uvolnění do kanalizace. Další červenou vystavuje pomyslné ekologičnosti propylenglykolu jeho surovinový původ. Propylenglykol se stejně jako ethylenglykol vyrábí z ropy, tedy z propylenu, resp. ethylenu. Z tohoto pohledu tedy mezi nimi není žádný rozdíl. Existují sice způsoby, jak připravit propylenglykol nebo jemu příbuzný 1,3-propandiol technologicky nebo i biochemickou fermentací z glycerinu, který odpadává při výrobě biopaliv I. generace. Tyto způsoby jsou však zatím velmi nákladné, málo selektivní a je navíc otázkou, jak dlouho budou mít tato biopaliva zelenou.

Fyzikální vlastnosti

Mírné odlišnosti lze mezi oběma glykoly najít u fyzikálních vlastností. Protože chladicí kapalina v automobilech slouží zejména k odvodu tepla, jsou důležité hlavně teplosměnné vlastnosti. Tedy tepelná kapacita (množství pojmuté energie - tepla), tepelná vodivost (rychlost odvodu tepla) a viskozita (rychlost cirkulace kapaliny). V prvních dvou vlastnostech nelze mezi oběma glykoly najít velké rozdíly. Pro chlazení se glykoly stejně ředí vodou, která rozdíly mezi nimi stírá, a hlavně ona sama tyto parametry, jako nejlepší chladivo vůbec, vylepšuje. V případě viskozity pokulhává zejména propylenglykol, obzvlášť za nízkých teplot, kdy je jeho viskozita několikanásobně vyšší, i ve vodném roztoku, než u ethylenglykolu. Ale zatímco pro průmyslové chladírenské aplikace je toto asi zásadní nevýhodou pro použití propylenglykolu, u chlazení motorů vozidel, které probíhá zejména v oblasti 85-100 °C, tento deficit nevadí. Oba glykoly navíc velmi podobně zvyšují teplotu varu oproti samotné vodě na 105-110 °C - podle stupně naředění. Z pohledu svých fyzikálních vlastností jsou tedy oba porovnávané glykoly zaměnitelné.

Nemrznoucí vlastnosti

Zajímavé rozdíly nacházíme mezi oběma glykoly u nemrznoucích vlastností. Jak je zřejmé z přiloženého grafu, zatímco koncentrovaný bezvodý ethylenglykol tuhne již při -15 °C, s přibývajícím obsahem vody jeho bod tuhnutí klesá až k nejnižší hodnotě okolo -60 °C. Naproti tomu propylenglykol se více chová způsobem, který bychom u nemrznoucí látky očekávali, tedy že s jeho rostoucí koncentrací klesá jeho bod tuhnutí k nižším záporným hodnotám. Popsané anomální chování ethylenglykolu není až takovou závadou, nakonec voda se do chladicích kapalin přidává kvůli zlepšení jejich teplosměnných vlastností i kvůli snížení jejich ceny. Co má však velký vliv na ekonomiku namíchané směsi, je mírně vyšší bod tuhnutí propylenglykolu oproti ethylenglykolu, při stejné koncentraci v roztoku. Zatímco např. pro 50% roztok dostaneme z ethylenglykolu bod tuhnutí okolo -38 °C, u propylenglykolu to je jen -32 °C. A tím se dostáváme k základní příčině používání zdraví škodlivých kapalin místo ekologických typů.

Cena nemrznoucí směsi

Rozdíl nákupních cen mezi oběma glykoly kolísá podle ročního období, nicméně náklady na pořízení kilogramu propylenglykolu jsou vždy o cca 5-9 Kč vyšší než u zdraví škodlivého glykolu. Ovšem to je jen teoretický rozdíl. Skutečný rozdíl v prodeji činí u 1 litrového balení chladicích kapalin několik desítek korun a je daný tím, že neekologického typu se prodá mnohem více, takže jej může pokryt nižší marže. Pokud k tomu připočteme nutnost asi 5% navýšení dávkování propylenglykolu oproti ethylenglykolu na dosažení stejného bodu tuhnutí, dostáváme se k zajímavým číslům finanční úspory. Možná ani ne tak pro samotného uživatele vozidla, kterého těch několik desítek korun na litru jednou za několik let asi nevytrhne. Ale pro automobilové koncerny a servisní sítě, při ohromném množství spotřebovaných kapalin, činí tyto úspory několik desítek milionů korun za rok. Navíc je tímto rozhodnutím automobilek ovlivněn i výběr doporučených typů kapalin na dolití a výměnu - v manuálu k vozidlu - a ekologický typ tam rozhodně chybí. Je výše popsaná míra úspor málo nebo hodně v porovnání s ročním počtem případů otrav, ať vlivem záměny nebo úmyslného požití zdraví škodlivé ethylenglykolové chladicí kapaliny člověkem?!

Ing. Jan Skolil, CLASSIC Oil Kladno