{"id":4297,"date":"2019-08-07T07:30:22","date_gmt":"2019-08-07T05:30:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.unilab.eu\/non-categorizzato\/new-frontiers-synthetic-refrigerants-low-gwp-fluids\/"},"modified":"2019-07-24T15:51:30","modified_gmt":"2019-07-24T13:51:30","slug":"nuove-frontiere-dei-refrigeranti-sintetici-fluidi-limitato-impatto-ambientale","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/articoli\/technical-articles-it\/termodinamica-ingegneria-it\/nuove-frontiere-dei-refrigeranti-sintetici-fluidi-limitato-impatto-ambientale\/","title":{"rendered":"Nuove frontiere dei refrigeranti sintetici: fluidi a limitato impatto ambientale"},"content":{"rendered":"

Senza voler evocare quanto catastroficamente profetizzato dai Maya circa la fine del Mondo, \u00e8 certamente\u00a0sotto gli occhi di tutti che lo stato di salute del pianeta Terra \u00e8 minacciato dai vari interventi dell\u2019Uomo.\u00a0(Newsletter n.1 Ottobre 2012).<\/p>\n

L\u2019attuale minaccia \u00e8 sicuramente rappresentata dal riscaldamento globale, comunemente chiamato Effetto\u00a0serra, fenomeno che allarma la comunit\u00e0 scientifica per gli effetti negativi che comporter\u00e0 in un futuro\u00a0ormai non lontano, se non sar\u00e0 contrastato efficacemente.<\/p>\n

Negli anni, l\u2019industria della refrigerazione e del condizionamento dell\u2019aria, si \u00e8 dovuta reinventare per far\u00a0fronte a diverse sfide: prima fra tutte quella legata all\u2019effetto dannoso che i primi refrigeranti alogenati\u00a0producevano nei confronti dello strato di Ozono stratosferico. Dal 1930 i fluidi sintetici alogenati (cio\u00e8 quelli
\ncontenenti almeno un atomo di cloro, fluoro, iodio o bromo), ricordati spesso con la loro denominazione\u00a0commerciale \u201cfreon\u201d, hanno soppiantato l\u2019uso di tutti i refrigeranti fino ad allora utilizzati, tra i quali:\u00a0anidride carbonica, ammoniaca, ecc.<\/p>\n

I Cloro-Fluoro-Carburi (CFC), tra i quali ricordiamo R11, R12 e R113,\u00a0erano fluidi eccezionali dal punto di vista della refrigerazione: sicuri, termodinamicamente efficienti,\u00a0incombustibili, compatibili con metalli e materie plastiche, stabili chimicamente, dal basso costo.<\/p>\n

Purtroppo, a distanza di decenni dal loro primo impiego, si sono scoperti i gravi effetti che questi fluidi\u00a0comportano nei riguardi dell\u2019ambiente. Dati scientifici hanno confermato che i CFC sono tra i principali\u00a0responsabili dell\u2019impoverimento dello strato di ozono stratosferico con il correlato aumento del rischio di
\nmalattie della pelle nell\u2019uomo; in figura 1 si riportano le misurazioni condotte per monitorare l\u2019estensione\u00a0del buco dell\u2019ozono tra il 1980 e il 2004. L\u2019area \u00e8 evidenziata dalle zone caratterizzate da colori tra il blu e il\u00a0rosso, la cui estensione \u00e8 costantemente cresciuta tra il 1980 e la fine degli anni \u201890, per poi stabilizzarsi\u00a0attorno ad un valore di circa 25 milioni di chilometri quadri.<\/p>\n

\"unilab<\/a><\/p>\n

Figura 1: Estensione del buco dell’ozono tra il 1980 e il 2004. Dati da: CSIRO Atmospheric Research, Data NASA GSFC Code 916<\/p>\n

L\u2019industria della refrigerazione e del condizionamento dell\u2019aria ha supportato gli sforzi globali per\u00a0proteggere l\u2019ambiente dai fluidi contenenti cloro, eliminandone gradualmente l\u2019uso attraverso lo sviluppo di\u00a0fluidi sintetici senza cloro. Il protocollo di Montreal, firmato nel 1987, riporta le linee guida da adottare in\u00a0ogni paese verso la progressiva eliminazione dell\u2019uso dei fluidi che contribuivano alla distruzione dell\u2019ozono;\u00a0attualmente, pi\u00f9 di 195 stati hanno aderito a questo protocollo.<\/p>\n

Affinch\u00e9 la refrigerazione e la climatizzazione possano progredire, alla messa al bando di determinati\u00a0refrigeranti deve corrispondere l\u2019introduzione di nuovi fluidi; ecco quindi che a valle dei CFC, dapprima\u00a0sono stati proposti gli HCFC (Idro-Cloro-Fluoro-Carburi), successivamente gli HFC (Idro-Fluoro-Carburi).
\nTra gli HCFC, l\u2019 R22 \u00e8 sicuramente il pi\u00f9 importante e largamente utilizzato; questo fluido sintetico,\u00a0contiene ancora degli atomi di cloro ma, rispetto ai CFC, presenta un potenziale di distruzione dell\u2019ozono\u00a0(ODP, Ozone Depletion Potential, unitario per R11), molto basso, circa 0.05.<\/p>\n

L\u2019Unione Europea ha previsto che l\u2019 R22 (HCFC) debba essere messo al bando entro il 2015; in particolare,\u00a0a partire dal 2004 non \u00e8 pi\u00f9 possibile utilizzare R22 in nuovi apparecchi per la climatizzazione, dal 2010\u00a0fino alla messa al bando nel 2015, non sar\u00e0 pi\u00f9 possibile utilizzare R22 vergine per la manutenzione degli
\napparecchi, ma solo fluido recuperato e riciclato. I sostituti dei HCFC, gli HFC, tra cui ricordiamo R134a,\u00a0R32 e la miscela R410A, sono attualmente utilizzati nella refrigerazione e nella climatizzazione e non\u00a0contribuiscono in alcun modo alla distruzione dell\u2019ozono stratosferico.<\/p>\n

Com\u2019\u00e8 consuetudine nella storia dell\u2019Uomo e della Terra, ogni qual volta si risolve o si riesce a far fronte ad\u00a0una sfida, se ne presentano di nuove e sempre pi\u00f9 difficili.<\/p>\n

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\"unilab<\/a><\/p>\n

Secondo quanto determinato dalla National Academy of Scientists, la temperatura della superficie terrestre\u00a0\u00e8 aumentata di circa 0.5 K negli ultimi 100 anni. C\u2019\u00e8 la prova che molto di questo riscaldamento, negli\u00a0ultimi 50 anni, sia dovuto ai gas serra, gran parte dei quali prodotti dalle attivit\u00e0 umane. Tra i gas serra\u00a0troviamo il vapore d\u2019acqua, l\u2019anidride carbonica, il metano e alcuni refrigeranti, in particolare, tutti quelli\u00a0sintetici. Quando questi gas sono rilasciati in atmosfera, trattengono il calore; l\u2019effetto serra naturale \u00e8\u00a0necessario per la vita sulla terra ma gli scienziati credono che troppo effetto serra possa portare a dei
\ncambiamenti climatici.<\/p>\n

La tabella riportata qui sopra elenca le pessime propriet\u00e0 dei refrigeranti sintetici, soprattutto nei riguardi\u00a0del riscaldamento globale, confrontandole con quelle dei fluidi naturali. Il parametro che quantifica il\u00a0contributo di ciascun fluido al riscaldamento globale \u00e8 denominato GWP, questo indice confronta l\u2019impatto
\nclimatico dell\u2019emissione di un gas serra relativamente all\u2019emissione della stessa quantit\u00e0 di massa di\u00a0anidride carbonica, su un orizzonte temporale fissato, di solito in 100 anni. Per esempio, considerando R12,\u00a0esso presenta GWP=10700 (su un orizzonte temporale di 100 anni), questo significa che, l\u2019effetto serra
\ncreato, in un arco di tempo pari a 100 anni, dal rilascio di 1 kg di R12 equivale a quello di 10700 kg di CO2\u00a0(che \u00e8 presa come riferimento, GWP=1).<\/p>\n

Dall\u2019analisi dei valori riportati in tabella appare evidente che i CFC presentano dei valori elevatissimi di\u00a0GWP. Seguendo l\u2019evoluzione storica dei refrigeranti si nota come passando dai CFC agli HCFC, fino ad\u00a0arrivare agli HFC, solamente i danni all\u2019ozono stratosferico sono stati eliminati; gli attuali fluidi frigorigeni
\npresentano elevati valori di GWP, sono cio\u00e8 dei formidabili gas serra.<\/p>\n

Il trattato di Kyoto (1997) e le sue successive integrazioni ed evoluzioni, prevedono la graduale limitazione\u00a0delle emissioni equivalenti di gas serra nell\u2019atmosfera per contrastare il riscaldamento globale. In\u00a0particolare, si \u00e8 fissato per i paesi industrializzati, un obiettivo di riduzione del 5.2% delle emissioni di gas
\nserra rispetto a quelle del 1990 (\u00e8 importante sottolineare che tale obiettivo di riduzione diventa pari al\u00a029% se si considerano le emissioni del 2010).\u00a0L\u2019obiettivo \u00e8 limitare le emissioni dei sei gas serra tra cui: anidride carbonica, metano, ossido di azoto,\u00a0idrofluorocarburi, perfluorocarburi, esafluoro di zolfo calcolati sulla base della media delle emissioni nel\u00a0periodo 2008-2012. I target dei paesi variano tra la riduzione dell\u20198% per l\u2019Unione Europea, del 7% per gli
\nUSA, del 6% per il Giappone, 0% per la Russia, mentre l\u2019Australia e l\u2019Islanda possono incrementare le loro\u00a0emissioni rispettivamente dell\u20198% e del 10%.<\/p>\n

L\u2019Unione Europea nel 2006 ha emanato il regolamento F-gas e la direttiva MAC per la limitazione\u00a0nell\u2019impiego dei gas fluorurati, in particolare, degli HFC, PFC e dell\u2019esafluoruro di zolfo SF6, a causa del loro\u00a0elevato effetto serra.\u00a0Senza voler entrare in dettaglio nel regolamento F-gas, si deve sottolineare come questo si focalizzi sulla\u00a0riduzione delle emissioni di gas serra con particolare attenzione al contenimento dei refrigeranti all\u2019interno\u00a0dei circuiti e nelle apparecchiature che li contengono, fissando rigide regole per l\u2019ispezione periodica degli\u00a0impianti e per il recupero dei refrigeranti alla fine del ciclo di vita della macchina. Stabilisce inoltre che vi\u00a0sia la formazione e la certificazione del personale addetto alla conduzione e manutenzione degli impianti in\u00a0modo che siano ridotte al minimo le emissioni di questi refrigeranti in atmosfera.<\/p>\n

La spinta principale allo sviluppo di nuovi refrigeranti a basso effetto serra \u00e8 stata data dalla direttiva MAC\u00a0che regola il tipo di fluidi utilizzabili nella climatizzazione dei veicoli. In particolare, dal 1 gennaio 2011 i\u00a0nuovi modelli di autovetture dovranno utilizzare refrigeranti con GWP minore di 150; in altre parole, \u00e8\u00a0vietato l\u2019uso del R134a (GWP=1400). Dal 2017 tutti i nuovi veicoli dovranno utilizzare fluidi con GWP\u00a0minore di 150.<\/p>\n

Sull\u2019onda di questi cambiamenti, recentemente, sono stati proposti dei nuovi fluidi, le Idro-Fluoro-Olefine\u00a0(HFO) che, come riportato in tabella, presentano dei GWP molto bassi, confrontabili con quelli degli\u00a0idrocarburi e una vita atmosferica trascurabile. In particolare, R1234yf \u00e8 stato proposto come fluido\u00a0alternativo al R134a per la climatizzazione degli autoveicoli. Le sue caratteristiche termofisiche sono vicine\u00a0a quelle del R134a permettendo cos\u00ec di ottenere delle performance simili con piccole modifiche agli\u00a0impianti ottimizzati per R134a. L\u2019unico inconveniente del R1234yf \u00e8 la sua, sebbene bassa, infiammabilit\u00e0\u00a0che inizialmente ne aveva messo in discussione l\u2019applicazione. R1234yf \u00e8 classificato \u201clow-flammable\u201d L2,\u00a0tuttavia, sono stati condotti molti test per verificare che le condizioni di sicurezza durante il suo utilizzo\u00a0fossero sempre mantenute.<\/p>\n

Delle simulazioni Life Cycle Climate Performance<\/em> su tutta la vita della macchina hanno dimostrato che\u00a0l\u2019utilizzo di questo refrigerante pu\u00f2 portare a una riduzione del 17-20% dei consumi (emissioni) rispetto a\u00a0quelli ottenuti con R134a. Recentemente, sono allo studio diverse miscele di questi HFO con R32 e R134a,\u00a0come possibili sostituti degli HFC nella refrigerazione e nella climatizzazione civile e industriale.<\/p>\n

A valle di questa breve discussione appare evidente come la spinta legislativa sia la molla che porta allo\u00a0studio, allo sviluppo e alla produzione di soluzioni tecnologiche per la salvaguardia ambientale e il\u00a0miglioramento dell\u2019efficienza degli impianti.<\/p>\n\n

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