Selezione naturale: L'ascesa dei refrigeranti a basso GWP

I refrigeranti naturali hanno costituito la base dei primi sistemi di refrigerazione. Tuttavia, con l'evolversi della tecnologia, sono stati sostituiti da refrigeranti prodotti dall'uomo. Questi refrigeranti sintetici sono stati progettati con proprietà adatte a diverse applicazioni HVAC e di refrigerazione e per superare problemi quali l'infiammabilità, la tossicità e la corrosione. I refrigeranti sintetici comprendono clorofluorocarburi (CFC), idroclorofluorocarburi (HCFC), idrofluorocarburi (HFC) e idrofluoroolefine (HFO). 

Tuttavia, si è scoperto che i vantaggi dei refrigeranti sintetici avevano un costo. I CFC e gli HCFC avevano un elevato potenziale di riduzione dell'ozono (ODP), causando gravi danni allo strato di ozono. Mentre i loro sostituti, gli HFC, avevano un elevato potenziale di riscaldamento globale (GWP), contribuendo al riscaldamento globale e ai cambiamenti climatici. 

Nell'ambito del Protocollo di Montreal (e di diversi emendamenti successivi), alcuni Paesi hanno concordato la graduale eliminazione dei CFC e degli HCFC e la riduzione graduale degli HFC. In un atto di sopravvivenza del più adatto, stiamo tornando ai refrigeranti naturali. I refrigeranti naturali, come l'anidride carbonica (CO2), il propano (C3H8), l'ammoniaca (NH3) e la salamoia, hanno un GWP e un ODP nulli o estremamente bassi, offrendo opzioni per refrigeranti collaudati, a prova di futuro e rispettosi dell'ambiente. 

Regolamenti sui gas fluorurati, il Protocollo di Montreal e la riduzione graduale degli HFC

In base al Protocollo di Montreal, i CFC sono stati i primi a essere vietati nei Paesi sviluppati entro il 2000 e nei Paesi in via di sviluppo entro il 2010. Poi sono stati gli HCFC, con un'eliminazione graduale nei Paesi sviluppati entro il 2020 e nei Paesi in via di sviluppo entro il 2030. 

Il destino degli HFC è stato segnato dall'Emendamento di Kigali al Protocollo di Montreal nell'ottobre 2016. In base al Protocollo di Montreal, i Paesi sviluppati si sono impegnati a ridurre gradualmente gli HFC a partire dal 2019. Nei Paesi in via di sviluppo, il congelamento dei livelli di consumo di HFC entrerà in vigore a partire dal 2024 (o dal 2028 per alcuni Paesi), con l'obiettivo di una riduzione dell'80-85% degli HFC entro la fine degli anni 2040. 

Tuttavia, alcune regioni, come l'Unione Europea (UE), puntano a una riduzione più rapida e completa degli HFC per contribuire al raggiungimento di ambiziosi obiettivi di decarbonizzazione. Essendo un gas fluorurato, gli HFC sono soggetti ai regolamenti dell'UE sui gas fluorurati. I regolamenti attuali mirano a ridurre le emissioni di gas fluorurati di due terzi entro il 2030 rispetto ai livelli del 2014. I regolamenti adottano un approccio graduale, iniziando dai più dannosi per l'ambiente in base al GWP. Anche i diversi tipi di prodotti rispettano limiti di GWP diversi. Ad esempio, i sistemi a pompa di calore che contengono meno di 3 kg di refrigerante possono utilizzare fluidi con un GWP fino a 750 fino a quando non saranno vietati nel 2025, mentre nel settore della refrigerazione, ad esempio, gli scambiatori di calore possono utilizzare refrigeranti con GWP fino a 1500 fino a quando non saranno anch'essi vietati nel 2025. L'obiettivo è quello di eliminare i refrigeranti ad alto GWP e sostituirli con refrigeranti naturali a basso GWP, idrofluoroolefine (HFO) e miscele di refrigeranti.

A titolo di esempio, si riporta di seguito la tabella di marcia degli HFC per il settore della refrigerazione:

2020: Tutti i refrigeranti con GWP superiore a 2500 sono vietati. Gli esempi includono:

2022- 2025: Tutti i refrigeranti con GWP superiore a 1500 sono vietati. Gli esempi includono:

2030: Tutti i refrigeranti con GWP superiore a 150 sono vietati. Gli esempi includono:

Con la riduzione del numero di refrigeranti sintetici utilizzabili legalmente, l'aumento dei prezzi e la carenza di refrigeranti, i refrigeranti naturali saliranno alla ribalta.  

Refrigeranti naturali: La soluzione sostenibile

I refrigeranti naturali hanno una comprovata esperienza, che risale ai primi sistemi di refrigerazione. Gli ostacoli che in passato ne rendevano proibitivo l'uso (infiammabilità, tossicità o corrosione) sono stati rapidamente superati dalla tecnologia, dai materiali e dalle pratiche di salute e sicurezza moderne. Ciò significa che i refrigeranti naturali come l'anidride carbonica, il propano, l'ammoniaca e la salamoia sono adatti all'uso in una gamma crescente di applicazioni e stanno aumentando la loro popolarità.

Anidride carbonica (CO2 / R-744)

L'R-744 è un eccellente sostituto degli HFC grazie alle sue qualità non infiammabili e non esplosive, oltre che al suo basso impatto ambientale (GWP=1 e OPD=0). La CO2 presenta numerosi altri vantaggi, come il suo basso volume di massa, che consente l'installazione di apparecchiature compatte e il suo utilizzo in piccole quantità. Ha inoltre un basso rapporto di compressione, è disponibile nell'ambiente ed è compatibile con tutti i materiali in quanto non corrosivo. La CO2 è ideale per l'uso in una serie di applicazioni, tra cui scambiatori di calore, unità di condensazione e vetrine refrigerate.

Propano (C3H8 / R-290)

L'R-290 ha un basso impatto ambientale (WGP=3 e ODP=0) e non è tossico. Rispetto agli HCFC e agli HFC, il propano presenta una minore perdita di carico del sistema e prestazioni di trasferimento del calore più elevate; inoltre, ha una densità inferiore, che si traduce in una minore carica di refrigerante. Ha eccellenti prestazioni termodinamiche, in quanto può passare da una temperatura di evaporazione molto bassa a una temperatura di condensazione elevata. Ha anche una buona compatibilità con i materiali. A differenza delle idrofluoroolefine (HFO), non si scompone in acido trifluoroacetico (TFA) o in altre sostanze nocive. Tuttavia, il propano è altamente infiammabile, il che comporta ulteriori regole e restrizioni in materia di salute e sicurezza. Il propano è adatto come refrigerante in una serie di applicazioni, tra cui pompe di calore e refrigeratori.

Ammoniaca (NH3 / R-717)

L'R-717 è un refrigerante altamente efficiente e privo di impatto ambientale (WGP=0 e ODP=0). Come il propano, ha un'eccellente prestazione termodinamica, in quanto può passare da una temperatura di evaporazione molto bassa a una temperatura di condensazione elevata e ha eccellenti proprietà di trasferimento del calore. Tuttavia, l'ammoniaca è tossica e infiammabile a determinate concentrazioni, il che comporta ulteriori norme e restrizioni in materia di salute e sicurezza. L'ammoniaca non è compatibile con alcuni materiali (ad esempio il rame). A causa dei problemi di tossicità e della sua elevata efficienza, l'ammoniaca è utilizzata principalmente nelle applicazioni di refrigerazione industriale, con carichi di capacità elevati.

Salamoia

La salamoia è una miscela di sale e acqua (una soluzione salina), in genere una miscela di cloruro di sodio (NaCl), cloruro di calcio (CaCl2) o cloruro di potassio (KCl) con acqua. L'aggiunta di sale all'acqua aumenta l'efficienza del trasporto di calore e abbassa il punto di congelamento. La salamoia è ecologica (GWP=0), non tossica e non infiammabile. Tuttavia, la salamoia è corrosiva. La salamoia è utilizzata principalmente come refrigerante secondario e nelle applicazioni di refrigerazione a bassa temperatura o negli scambiatori di calore. 

Certificazione dei refrigeranti naturali

Man mano che i produttori di HVAC e refrigerazione passano ai refrigeranti naturali, gli organismi di certificazione devono adattare i loro programmi di certificazione. Eurovent Certita Certification utilizza gli standard europei come base per i suoi schemi di certificazione, pertanto le modifiche ai regolamenti sui gas fluorurati interessano un'ampia percentuale di prodotti certificati.

Mentre i refrigeranti naturali come la CO2 sono già certificati nell'ambito di diversi programmi Eurovent, l'elenco è destinato ad aumentare. Inoltre, è sempre più urgente aggiungere nuovi fluidi naturali come il propano, l'ammoniaca e la salamoia a vari programmi come alternativa agli HFC ad alto GWP. Allo stesso modo, è necessario prendere in considerazione le idrofluoroolefine (HFO) a basso GWP e le miscele di refrigeranti, poiché i refrigeranti naturali potrebbero non essere il fluido preferito per tutte le applicazioni. 

L'industria può essere certa che Eurovent Certita Certification sta lavorando da anni all'introduzione di nuovi refrigeranti. Tuttavia, non è un processo facile o veloce aggiungere nuovi refrigeranti al processo di test e valutazione. Questo vale soprattutto per fluidi come l'ammoniaca, per i quali sono necessarie misure speciali a causa della tossicità e dell'infiammabilità. 

È un lavoro enorme adattare tutti i programmi di certificazione pertinenti e, naturalmente, l'aggiunta di nuovi fluidi non è l'unica considerazione. Eurovent Certita Certification deve anche garantire che i refrigeranti vietati non vengano più dichiarati né certificati, navigando nel campo minato dei cambiamenti normativi. 

Conclusione

I refrigeranti HFC sono in via di estinzione dall'entrata in vigore dei regolamenti sui gas fluorurati del 2015. I refrigeranti naturali hanno un GWP e un ODP nulli o estremamente bassi, offrendo refrigeranti a prova di futuro, rispettosi dell'ambiente e con una comprovata esperienza. I problemi che hanno dato origine ai refrigeranti sintetici - infiammabilità, tossicità o corrosione - sono in via di superamento, in quanto i produttori trovano soluzioni ai problemi del passato. La disponibilità e il costo dei refrigeranti naturali contribuiranno inoltre ad ampliare la loro portata nel mercato dei refrigeranti.

Produttori, progettisti, installatori, responsabili degli impianti e utenti finali saranno tutti interessati dai cambiamenti dei refrigeranti, così come gli schemi di certificazione Eurovent. Anche se i refrigeranti naturali come C02, propano, ammoniaca e salamoia non sono la risposta per tutte le applicazioni HVAC o di refrigerazione, è evidente che domineranno il mercato in futuro. 

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