エアコンは温室効果ガスの主要な排出源です。プロジェクト・ドローダウンが2017年に発表した、人為的な地球温暖化を軽減するための100以上の機会リストにおいて、冷蔵・空調のクリーン技術は最上位に位置しています。
では、我が家のエアコンは一体何がそんなに汚いのでしょうか？太陽光発電を利用しているので、エアコンを稼働させるためのエネルギーは問題ではありません。しかし、家の熱を取り出し、裏庭の熱交換器に送るために、エアコンは冷媒を使っているのです。
冷媒の謎を解く
1930 年代から 1980 年代にかけて、冷媒は 2 つの大きな環境問題を引き起こしました。それは、非常に強力な温室効果ガスであり、オゾン層を破壊することでした。
1980年代に急速に制定された法整備のおかげで、オゾン層を破壊する冷媒は使用されなくなりました。山火事の追跡に使用される大気質レベルに着想を得たRegreen Scaleでは、これらのオゾン層破壊冷媒を「ステップ0」冷媒と呼んでいます。
1980年代の進歩にもかかわらず、私たちは依然として超温室効果ガスを冷媒として使用しています。家庭用エアコンの側面には、冷媒に関する詳細な情報が記載されたステッカーが貼られています。私の裏庭にあるエアコンには、R-410a（リグリーンスケールのステップ1）と呼ばれる冷媒が10ポンド（約4.5kg）入っています。もしこの冷媒がすべて漏れ出したら、1,100ガロン（約4.5kg）のガソリンを燃やすのと同じくらいの地球温暖化を引き起こすことになります。つまり、10ガロン（約3.5kg）のガソリンタンクに110タンク分のガソリンを燃やすのと同じ量の地球温暖化を引き起こすことになります。
そして、おそらく冷媒の少なくとも一部は漏れるでしょう。法的には、米国環境保護庁（EPA）は住宅所有者に冷媒漏れのあるエアコンの修理を義務付けています。しかし、あるエアコン技術者にこの件について尋ねたところ、彼はエアコンの冷媒漏れの修理依頼を毎週数多く受けているとのことでした。多くの場合、エアコンからすでに大量の冷媒が漏れているため、もはや家を冷やすことができません。その冷媒が大気中に漏れ出し、地球温暖化を引き起こしているのです。
すべての冷凍機が家庭用エアコンほど汚染物質を排出するわけではありません。欧州連合（EU）は2017年から新車エアコンへの超温室効果ガスの使用を禁止しており、米国の新車の半数以上もクリーンな冷媒を使用しています。
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スーパーマーケットの冷蔵分野では、EPA（環境保護庁）が2024年から新規機器へのスーパー温室効果ガスの使用を禁止しており、多くのスーパーマーケットチェーンがクリーン冷媒への移行を迅速に進めています。EPAは、2025年までに家庭用冷蔵庫の新規製品からスーパー温室効果ガス冷媒を段階的に廃止する予定であり、クリーン冷媒を使用した冷蔵庫は既に消費者に提供されています。2021年には、米国でスーパー温室効果ガス冷媒の販売を2036年までに85%削減する法律が可決されました。
しかし、家庭用エアコンはこの法律の対象外のままです。環境問題を気にする住宅所有者として、私は超温室効果ガスを排出しないセントラルエアコンを設置したいと思っています。たとえアーリーアダプターになって、普通のエアコンよりもかなり高い値段を払っても構わないと思っています。しかし、私の知る限り、そのようなエアコンは米国の消費者には提供されていません。
潜在的な解決策
市販のクリーン冷媒と新しいエアコン
スーパーマーケットの冷蔵や自動車のエアコンといった他の業界では、クリーン冷媒への切り替えに向けて既に大きな進歩を遂げています。自動車のエアコンでは、米国とEUで最も普及している冷媒はR-1234yf（リグリーンスケールのステップ4）です。これは、地球温暖化の観点から見ると、現在家庭用エアコンで使用されているR-410a冷媒よりも数千倍クリーンです。
さらに、スーパーマーケットの冷蔵分野では、ステップ4冷媒としてCO2がますます普及しています。CO2は温室効果ガスですが、R-410aよりも数千倍クリーンです。
では、次世代の家庭用エアコンは、他の産業でクリーン化に非常に効果を発揮したこれらの冷媒のいずれかを採用できるのだろうか？これを探るため、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の機械工学教授、ペガ・フルニャク氏に話を聞いた。同教授は過去30年間、冷凍・空調技術の研究に携わってきた。
まず、自動車産業で使用されているR-1234yfを家庭用エアコンに使用できるかどうかです。Hrnjak氏によると、技術的には可能だが、課題があるとのこと。R-1234yfはR-410aほど圧縮できないため、R-1234yfエアコンの配管やその他の部品は、やや大型で高価になる必要があるのです。
あるいは、スーパーマーケットの冷蔵システムでは冷媒として二酸化炭素を使用するケースが増えていますが、家庭用エアコンにも二酸化炭素を使用するのはいかがでしょうか？ フルニャク氏は、「CO2はR-410aよりも圧縮しやすいため、配管やその他の部品をR-410ベースのエアコンよりも小型化し、コスト削減につながる可能性があります」と述べています。
CO2は他の点でも優れた選択肢です。安価で、不燃性です。そのため、CO2ベースの家庭用エアコンは、費用対効果とエネルギー効率を兼ね備え、そして何よりも重要な点として、現在のR-410aベースの家庭用エアコンほど地球温暖化に極端な影響を与えないという点で、優れた解決策になる可能性があると楽観視しています。
よりクリーンな冷媒を使用した新型エアコンの開発というアプローチは有望です。段階的な移行が必要となり、おそらく2025年までに新型エアコンがクリーンな冷媒を使用するようになるでしょう。しかし、古いエアコンは今後も冷媒漏れを起こし続け、R-410aという超温室効果ガスを大気中に大量に排出し続けるでしょう。
新しい冷媒と同じエアコン
もし、今のエアコンをよりクリーンな冷媒に改造する方法があったらどうでしょう？数年前、米国国立標準技術研究所（NIST）のグループが100万種類以上の冷媒候補をコンピューターで分析しました。残念ながら、NISTはR-410aの完璧な代替品を見つけることができませんでした。
しかし、この問題に取り組む方法は他にもあります。まず、複数の冷媒を混合してR-410aの代替品を作る可能性があります。次に、NISTの研究以降、AIシステムは新しい分子や材料の発見においてより優れた能力を発揮するようになりました。例えば、AIはモダナ社のCOVIDワクチンの急速な開発において重要な役割を果たしました。
AI を活用して、今日の家庭用エアコンを強力な温室効果ガスの排出から「保護」できる新しい冷媒を発明できるでしょうか?
これを探るため、キング・アブドラ科学技術大学の化学工学教授であるS・マニ・サラシー氏に話を伺いました。サラシー氏のチームは、燃料としてだけでなく、冷蔵庫などの小型機器の冷媒としても使用される数百種類の炭化水素分子の特性をAIを用いて予測しています。
サラシー氏に、彼のアプローチがよりクリーンな冷媒の開発に役立つかどうか尋ねたところ、彼はこう答えました。「私たちはすでにこのアプローチを適用し、化石燃料よりもクリーンに燃焼する再生可能燃料の開発に成功しています。同じアプローチが、数百万種類もの潜在的な冷媒分子を検討し、それらの熱特性を正確に予測するのにも役立つと楽観視しています。また、低毒性と低可燃性も最適化できるでしょう。」
まとめると、この問題には少なくとも2つの説得力のある技術的解決策があります。現在使用されているよりクリーンなステップ4冷媒を使用した新しい家庭用エアコンを開発するか、既存のエアコンに使用できるステップ4のクリーンな冷媒を発明するかです。総じて、家庭用エアコンをクリーン化する技術が成功すると、私は非常に楽観的です。
