“非环保发泡剂一旦进入产品，就会进入大气。”
—— Christina Theodoridi
美国自然资源保护委员会技术分析师
绝缘和空气密封是减少家庭和其他建筑物碳足迹的有效方法，硬质泡沫板是完成这项工作的流行材料。但许多面板都有一个鲜为人知的气候成本：用于膨胀泡沫的气体或发泡剂的全球变暖潜能值 (GWP)。
对于这种适用于潮湿或干燥条件的闭孔泡沫——由挤塑聚苯乙烯 (XPS)制成的面板，其发泡气体是氢氟烃-134a (HFC-134a)。HFC-134a 是一种相对较好的发泡剂，但它的 GWP 为 1,430，这意味着它在 100 年内吸收的热量是二氧化碳的 1,430 倍。随着寻求消除 HFC-134a 的法规今年在加拿大和美国生效，欧 斯科宁和杜邦等面板制造商正在将其发泡剂改用含有氢氟烯烃 (HFO)的混合物。
制冷是 HFC 和其他碳氟化合物气体的最大用途，约占北美供应量的 45%。据市场研究公司 IHS Markit 称，发泡剂的用量约为 9% 。相同的关键特征——在接近环境温度下从液体到气体的相变——使它们在冷却和泡沫制造中都很有用。
但冷却是在闭环系统中完成的，每年泄漏率只有几个百分点。“关于泡沫的主要问题以及我们为什么关心它们，是因为它们会泄漏，我们无法真正恢复它，”环保组织自然资源保护委员会的技术分析师Christina Theodoridi说，“一旦进入产品，就会进入大气。除了残留在最终产品中的物质外，发泡剂也会在发泡过程中释放出来。”
图源：Craig Bettenhausen/C&EN
HFC 并不总是阻碍可持续发展的恶棍。化学工业在 1990 年代引入了 HFC 以取代氢氯氟烃 (HCFC)，后者会消耗臭氧层并具有高 GWP。在 1980 年代，HCFC 取代了氯氟烃 (CFC)，这两种措施都更糟。HFC 对臭氧层的影响很小，但它是一种强效温室气体，在大气中的寿命约为 14 年。
HFC-134a 与 HFO-1234ze 的结构
霍尼韦尔、科慕和其他氟化物制造商（生产 CFC 和 HCFC 的公司）在 21世纪前 20 年开发了 HFO。欧 斯科宁首席研发官 José Méndez-Andino 表示，氢氟烯烃对臭氧层和 GWP （接近 1）的影响不足为计。在今年早些时候担任该职位之前，Méndez-Andino 领导了公司绝缘和屋顶业务的研发。
他说，全球升温潜能值低的主要原因是，与传统的发泡剂有明显的不同，氢氟烯烃含有双键。在大气中，该双键能够与羟基和其他自由基物质发生反应，在 20-40 天内降解 HFO。
“使这种化学转换复杂化的一个因素是，新发泡剂将 HFO 与戊烷等物质混合，而 HFC-134a 则全部单独使用。混合的主要原因是 HFO 的成本较高。”Rajiv Banavali 说。他在公司开发 HFO 时担任霍尼韦尔先进材料集团的首席技术官。
Banavali 说，HFO-1233zd（严格来说是一种氢氯氟烯烃，因为它含有一种氯）是主要的发泡剂混合物组分，其次是 HFO-1234ze 和 HFO-1336mzz(Z)。制冷行业正在迅速采用 HFO-1234yf，特别是用于汽车空调。“除了具有较低的 GWP 外，HFO 是比 HFC-134a 更好的绝缘体。”Banavali 说。
但杜邦全球宣传总监Jeff Hansbro说，替换 HFC 并不简单。除了低成本和低 GWP 之外，该公司还寻求低导热性和渗透性、高蒸气压以及在聚苯乙烯中的足够溶解度，以在成品泡沫中形成均匀的多孔结构。Hansbro 说，找到这种平衡意味着要测试多种物质和混合物。他补充说：“在单组分 HFO 发泡剂中，没有一种已被证明是能够满足所有性能指标的单一插入式解决方案。”
Méndez-Andino 说，发泡剂甚至可以与泡沫中的染料相互作用。Owens Corning 的 XPS 板标有粉红豹字符，该公司希望保持颜色一致。“我们的客户希望我们是粉红色的，”他说。该公司称其粉红色、低 GWP 泡沫泡沫 NGX，并在标签上指出其合规性。
杜邦采取了相反的策略，将其聚苯乙烯泡沫塑料牌 XPS 板的颜色从蓝色改为灰色，并通过名为 Beyond Blue 的营销活动突出了这一转变。
图源：杜邦
尽管零售商在价格上有很大的自由裁量权，但目前低 GWP XPS 泡沫板比五金店的 HFC 吹塑板贵 15% 左右。Banavali 说 HFO 的生产成本本质上比 HFC 高，但他预计未来几年这种差距会缩小，原因有三个。
首先，随着霍尼韦尔、科慕、阿科玛和其他公司越来越多地生产 HFO，以满足泡沫、制冷和其他用途不断增长的需求，规模经济将降低价格。其次，许多核心生产和处理技术将很快失去专利保护。第三，像在北美生效的法规将改变市场，Banavali 说。
据 NRDC 的 Theodoridi 称，在全球范围内，一项名为《基加利修正案》的国际协议推动了 HFC 的逐步淘汰。它建立在要求消除氟氯化碳的蒙特利尔议定书的基础上。美国是蒙特利尔议定书的缔约国，但尚未加入基加利修正案，尽管在一月份，拜登总统指示美国国务院将其提交参议院批准。Theodoridi 预计它会以两党多数通过，就像去年的一项条款赋予美国环境保护署执行联邦法规所需的权力。
与此同时，从 2021年1月1日起，加利福尼亚州、科罗拉多州、新泽西州、纽约州、佛蒙特州和华盛顿州等已禁止 HFC-134a作为 XPS 发泡剂。马里兰州和马萨诸塞州已于 7 月 1 日加入该名单，并且夏威夷、缅因州、弗吉尼亚州和罗德岛州正在考虑在 2022 年 1 月 1 日颁布他们的版本。加拿大采取了更广泛的方法，禁止任何发泡剂或 GWP 高于 150 的混合物。
欧 斯科宁的 NGX 产品线在已颁布法规的地区上市。杜邦也推出了灰色、不含 HFC-134a 的 XPS 面板，但仍在最终确定其配方和建筑规范的批准。两家公司也都希望在未来几年内将所有北美 XPS 生产线转换为 HFO 混合物。
从 HFC 到 HFO 的转变可能会对气候产生重大影响。根据 IHS Markit 的数据，2020 年吹塑 XPS 在北美消耗了 10,000 公吨 (t) 的碳氟化合物。一份2018 年的联合国 告得出结论，在全球范围内消除作为发泡剂的 HFC-134a将避免相当于超过 10 亿吨的 CO2排放。
Theodoridi 说，XPS 制造商在技术上已经准备好转向 HFO，所以他们应该在其他 HFC 用户开始叫嚣之前锁定他们的供应。“很明显，不仅仅是美国，在全球行业减少对 HFC 的依赖越快，他们就越有能力应对即将到来的事情。”
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