温度课堂 | 机遇&挑战!双碳目标下冷链技术怎么发展?
来源:中冷联盟秘书处 2022-05-27作者:申江 中冷联盟副理事长 天津商业大学教授
一、双碳目标对食品冷链的要求
2020年9月22日,中国在第75届联合国大会上正式提出2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标。双碳目标下冷链物流的产业及供应链结构都需要适应低碳发展的目标,绿色、低碳、生态理念成为冷链物流的新方向、新目标。
在双碳目标的影响下,食品冷链的运行将更加节能,碳排放将大大降低,对于减少食品损耗和浪费,提升冷链食品的储运质量是一个发展机遇。但同时,对于冷链物流如何降低碳排放、如何减少储运过程中的食品浪费也存在着很多挑战。
二、减少冷链储运中食品的浪费
减少冷链中储运存食品的浪费,需要连续的冷链系统和合适的温湿度环境。在食品生产、加工、储存、运输、消费的各个环节中,保持连续的冷链环境对于保障食品质量至关重要,断冷、断链都会造成食品腐损率的增加和浪费的加剧。不同食品的保质保鲜对于温度、湿度的要求都不一样,需要针对不同品类食品设定适宜的温湿度环境,才能延长食品保质时间。
在这个过程中的主要挑战就是如何针对某一种确定的食品,确定其最佳储运条件?如何根据品种和物性(含水量、糖度、酸度等指标)的快速可测指标确定最佳的储运条件。
三、减少冷链系统碳排放
2020年波及全球的新冠疫情以及2022年的俄乌局势正在改变着国际格局,最为显著的就是因乌克兰战事所引发的全球性粮慌,这足以引发世界的动荡,从近日印度政府禁止粮食出口可窥见一斑。
1、通过使用低GWP制冷剂和减少冷链系统能耗减少冷链系统碳排放。
冷库常用的低GWP制冷剂有R717和R744,超市的冷柜、冷库使用的低GWP制冷剂主要是R744,冰箱、冰柜使用的低GWP制冷剂有R600a、R290、R170和液氮,冷藏运输使用的低GWP制冷剂有R744、HFO和液氮。通过使用低GWP制冷剂降低碳排放,面临的挑战包括任何降低系统制冷剂充注量和如何提高跨临界CO2制冷系统的运行效率。
氨低充注量系统是减少冷链系统安全性的可行举措。如远程分布式冷凝模块,靠近用冷点且在屋顶布置,对制冷系统中制冷剂的分配进行控制,使得制冷剂充注量低至0.2~0.4kg/kW。可以使用氨用绝热冷凝器,提供节能模式和省水模式。
图1-3 氨低充注量系统
如跨临界冷热机组,12MPa的高压CO2螺杆压缩机,排量80m³/h(50HZ,可以增频到75HZ),蒸发冷采用复合式结构,将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体。
图4-5 跨临界冷热机组
图6-8 液氮低温冷柜/冷库
图9 CO2集装箱制冷机组
2、减少冷链设施设备负荷和提高制冷系统效率以减少冷链系统能耗。
冷链设施设备负荷包括维护结构负荷、门负荷、容霜负荷和内部负荷等。减少冷链设施设备负荷面临的挑战包括如何减少冷库进出货带来的门开启时的冷热空气换热负荷,如何减少冷库容霜负荷,如何减少果蔬的呼吸热等。
门负荷的减少可以使用双道自锁快速门、轻型PVC可是节能门和快速升降软帘门。
图10双道自锁快速门
图11 轻型PVC可是节能门
图12 轻型PVC可是节能门
减少容霜负荷可以使用图像识别容霜。根据冷风机翅片的结霜情况启动融霜,当翅片上的霜完全融化时停止融霜。
图13 摄像识别容霜
对于果蔬呼吸产生的热量,可以通过控制温度减少果蔬呼吸。即快速预冷,并在接近冻结点温度进行储存。
图14 果蔬呼吸热量表
提高制冷系统效率,可以通过降低换热温差和减少吸排气管压力损失两种方法实现。
如CO2节能自动化冷库:
l 200mm聚氨酯保温
l 顶排管空气冷却器
l 双道自锁快速门
l 小换热温差<2℃
l 小温度波动<±0.3℃
l 耗电量<10kWh/m3y
图15 CO2节能自动化冷库
3、新能源是冷链物流降低碳排放的新选择。
冷链物流对于新能源的使用,还可以探索太阳能和风能的利用,对于这些新能源利用的关键性问题是如何实现可靠蓄能。冷库最好的蓄能方式是蓄冷。
图16-17 太阳能冷柜/冷库
图18-19 蓄冷冷柜/冷库/冷藏车
为化解或规避因国际局势的变化,直接影响到我国高水平开放的进程,国家政府实施双循环战略将是我们审视国内外环境所做出的战略预判,并对我国经济高质量发展带来颠覆性变革,不仅改变着我们的发展范式,也在改变着国家经济的循环范式,自然会倒逼冷链供应链加速实现转型升级,尽快建立起立足国内、融合国际的冷链供应链体系,并上升成为国家供应链战略的重要组成部分。
总之,须着眼于全球范围内筑起我国食品安全的“中国屏障”和探索出农产品/食品供应链安全的“中国范式”;未雨绸缪扎牢国家食品安全的防护篱笆,即构建我国农产品冷链物流应急供应链军民融合响应机制,以作为应对与化解外部风险的“中国式金钟罩”。