I ricercatori statunitensi del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno recentemente completato uno studio pluriennale per individuare i migliori refrigeranti con il più basso impatto ambientale che potranno essere utilizzati nei sistemi di condizionamento.
Purtroppo i 27 fluidi identificati dal NIST come i migliori dal punto di vista delle prestazioni sono leggermente infiammabili, e non sono quindi accettati dai codici di sicurezza degli USA, o altamente infiammabili, come il propano. In poche parole, lo studio del NIST non ha trovato il refrigerante ideale che combina un basso GWP con altre caratteristiche di prestazioni e sicurezza. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Communications.
Il sostituto perfetto non esiste
“Il risultato è che sembra non esistere il sostituto perfetto degli attuali refrigeranti- ha dichiarato Mark McLinden, ingegnere chimico del NIST a capo della ricerca. "Eravamo sicuri di trovare molte alternative valide ma di fatto questo non è avvenuto.”
Per mettere in pratica il Protocollo di Montreal servono dei compromessi
Per contribuire alla riduzione del riscaldamento globale quasi 200 nazioni, tra cui gli Stati Uniti, lo scorso ottobre 2016 hanno deciso di modificare il Protocollo di Montreal con un emendamento che stabilisce la netta riduzione delle emissioni di HFC, provocate dalla maggior parte dei sistemi di condizionamento dell’aria (AC) entro la fine di questo secolo. Si tratta di una fase di eliminazione graduale data la difficoltà di identificare le alternative più valide. E’ in questo senso che lo studio del NIST vuole dare il suo contributo.
"Il percorso che si deve intraprendere dovrà prevedere dei compromessi", ha continuato McLinden. "I codici di sicurezza potrebbero essere ad esempio rivisti per consentire l'uso di refrigeranti leggermente infiammabili. Miscele di due o più fluidi potrebbe produrre un refrigerante infiammabile ma ad un più alto GWP. L'anidride carbonica non è infiammabile, ma richiederebbe una riprogettazione completa delle attrezzature AC ".
Gli attuali refrigeranti sono idrofluorocarburi (HFC), che sono "gas serra" con alti GWP. Sebbene il loro contributo al cambiamento climatico è ormai limitato, si prevede che questo possa aumentare considerevolmente in seguito alla diffusione sempre maggiore in tutto il mondo di sistemi di aria condizionata.
I regolatori degli Stati Uniti riconoscono la difficoltà di scegliere nuovi refrigeranti. L'Environmental Protection Agency (EPA) non ha dato dei limiti specifici in termini di GWP, ma ha condotto delle analisi comparate per ogni refrigerante in base all’utilizzo finale, considerando impatto ambientale atmosferico, rischi per la salute, per l’ecosistema, infiammabilità, costi e disponibilità. Per supportare governatori e industria a compiere le migliori scelte, il NIST ha svolto questa ricerca che è durata quattro anni.
NIST, uno studio durato 4 anni
Lo studio del NIST si è concentrato sulle possibili alternative di refrigeranti per i piccoli sistemi a corrente alternata tipici delle abitazioni o delle piccole aziende. La miscela R-410A è attualmente il refrigerante più utilizzato in questi sistemi ma dovrà essere sostituito.
Lo studio ha analizzato un database di oltre 60 milioni di sostanze chimiche, stimandone le proprietà basandosi esclusivamente sulla loro struttura molecolare. Poiché tutti gli attuali refrigeranti sono caratterizzati da piccole molecole, lo studio del NIST si è limitato a molecole con 18 o meno atomi e solo otto elementi che formano i composti volatili che costituiscono i refrigeranti. Questa selezione iniziale ha comportato il dover considerare altre 184.000 molecole.
27 fluidi a basso GWP
Analizzando le proprietà energetiche corrispondenti ai fluidi utilizzabili in piccoli sistemi a corrente alternata e con un GWP inferiore a 1.000 si sono ottenuti 138 fluidi, di cui i ricercatori hanno simulato le prestazioni. Escludendo i composti chimicamente instabili, molto tossici e con una bassa efficienza energetica, si è ottenuta una lista di 27 fluidi a basso GWP.
Il propano ha un GWP di 3, di gran lunga inferiore al valore dell’ R-410A (1.924). Altri refrigeranti a basso GWP sono l’ammoniaca, comunemente utilizzata nei grandi impianti di refrigerazione industriale, ma che è tossica e leggermente infiammabile, e il dimetiletere, un propellente leggermente meno infiammabile del propano. L'anidride carbonica ha un GWP pari a 1 e non è infiammabile ma richiederebbe un ciclo di refrigerazione differente e a pressioni molto elevate. Altri composti a basso GWP sono gli HFOS (hydrofluoroolefins), su cui i ricercatori si sono concentrati sebbene siano leggermente infiammabili.
Le opportunità delle miscele di refrigeranti diversi
La lista redatta dal NIST può sicuramente offrire nuove idee e nuovi spunti di riflessione, perché include molti refrigeranti che finora non sono stati considerati dall’EPA.
“Sicuramente- ha commentato McLinden- saranno necessari dei compromessi. I codici di sicurezza potrebbero essere modificati ma bisognerà capire come, al fine di garantire un utilizzo sicuro dei refrigeranti infiammabili. Alcune miscele di refrigeranti diverse possono offrire un’alternativa interessante: un fluido a basso GWP ma infiammabile unito a un fluido non infiammabile ma con un elevato GWP può portare a un risultato soddisfacente.”
