Un nuovo studio identifica alcune miscele chimiche come possibili refrigeranti alternativi

Pulizia di una unità HVAC in una base Air Force. Credit: Jimmie Pike/U.S. Air Force

Sono più di una dozzina le miscele chimiche potrebbero servire come refrigeranti alternativi senza essere infiammabili o senza influenzare il cambiamento climatico. LO afferma un nuovo studio condotto dall’Istituto nazionale per gli standard e della tecnologia (NIST).

Lo studio ha identificato le 22 miscele non infiammabili o solo leggermente infiammabili con potenziale di riscaldamento globale (GWP) inferiore rispetto al refrigerante R-134a, standard corrente per l’aria condizionata nei veicoli. La maggior parte delle miscele identificate combina l’R-134a con uno o due altri refrigeranti commerciali.

La nuova analisi di NIST, che è stata condotta per l’esercito statunitense ma si applica anche alle applicazioni civili come i sistemi AC per case e automobili, è il seguito di uno studio del NIST del 2017 che ha scoperto che tutti i refrigeranti sintetici monocomponenti, rispettosi del clima, erano almeno marginalmente infiammabili. Lo studio suggerisce che le miscele potrebbero offrire le soluzioni ottimali.

«Per i militari è molto importante avere miscele non infiammabili, ma le applicazioni civili si stanno spostando sempre più verso miscele almeno marginalmente infiammabili» ha affermato l’ingegnere meccanico del NIST e autore principale dello studio Ian Bell.

Per il nuovo studio, i ricercatori del NIST hanno selezionato 13 fluidi in una gamma di valori di pressione, infiammabilità e GWP che potrebbero produrre una miscela con le caratteristiche desiderate. Tutti i fluidi sono a bassa tossicità e disponibili in commercio. I ricercatori hanno condotto un’ampia valutazione di tutte le possibili combinazioni di due o tre dei 13 fluidi.

I fluidi comprendono le idrofluoroolefine, che hanno un GWP molto basso ma sono leggermente infiammabili, gli idrofluorocarburi non infiammabili (HFC) con GWP da moderato a alto, gli HFC leggermente infiammabili e l’anidride carbonica, che non è infiammabile e ha un GWP molto basso, ma che aumenterebbe la pressione operativa di una miscela.

I ricercatori del NIST non hanno trovato miscele che soddisfacessero tutti i vincoli desiderati – assenza di infiammabilità, basso GWP, alta efficienza (raffreddamento per unità di lavoro) e capacità di raffreddamento simile a quella del sistema di base R-134a.

Lo studio ha però identificato 14 miscele non infiammabili che hanno offerto una riduzione del GWP di, al massimo, 51% rispetto al GWP dell’R-134a di 1300. Altre otto miscele leggermente infiammabili sono state identificate con riduzioni del GWP fino al 99%. I ricercatori hanno simulato le prestazioni di queste 22 miscele in un modello dettagliato del ciclo di refrigerazione. Lo studio è stato eseguito utilizzando strumenti computazionali; i ricercatori prevedono di condurre esperimenti di laboratorio per verificare i risultati.

Lo studio ha rivelato diverse situazioni:

  • Le miscele non infiammabili più promettenti hanno un’efficienza leggermente inferiore rispetto all’R-134a. Queste miscele non infiammabili hanno un limite GWP inferiore a 640; ciò è dovuto alla necessità di un sacco di R-134a nella miscela per sopprimere l’infiammabilità dei fluidi a basso GWP.
  • Altre miscele contenenti una quantità significativa di anidride carbonica erano anch’esse non infiammabili, ma queste avevano un’efficienza molto bassa rispetto all’R-134a e non erano considerate valide alternative.

C’è anche una tendenza generale per cuil’aumento dell’efficienza va di pari passo con l’aumento di GWP e infiammabilità. Questo perché i fluidi a basso GWP tendono ad essere molecole più complesse e questa complessità può ostacolare le prestazioni di refrigerazione.

 

«Le miscele “valide” che abbiamo trovato sono non infiammabili ma di molto poco» ha ammonito Bell. «Ciò non significa che non bruceranno solo in date condizioni. Dobbiamo essere cauti, perché questa è una specie di arte oscura. C’è un compromesso fondamentale: se vuoi davvero non infiammabilità ed efficienza, non otterrai entrambi. Otterrai uno o l’altro» conclude Bell

Il lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti.

Riferimenti bibliografici: I. Bell, P. Domanski, M.O. McLinden, G.T. Linteris. The hunt for nonflammable refrigerant blends to replace R-134a. International Journal of Refrigeration. Published May 29, 2019. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2019.05.035

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