Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología acaban de completar un estudio de varios años para identificar los "mejores" candidatos para uso futuro como refrigerantes de aire acondicionado que tendrán el menor impacto en el clima.
Desafortunadamente, los 27 fluidos identificados por el NIST como los mejores desde el punto de vista del rendimiento son al menos ligeramente inflamables, que no está permitido según los códigos de seguridad de EE. UU. para la mayoría de los usos finales. Varios fluidos de la lista de refrigerantes son altamente inflamables, incluido el propano, el combustible para parrillas al aire libre.
En otras palabras, el estudio del NIST no encontró ningún refrigerante ideal que combinara un bajo "potencial de calentamiento global" (GWP) —una medida de cuánto calor atrapará un gas si se libera a la atmósfera— con otras características deseables de rendimiento y seguridad, como ser no inflamable y no tóxico. Los resultados aparecen en Comunicaciones de la naturaleza .
"La conclusión es que no hay nada perfecto, fácil sustitución de los refrigerantes actuales, ", Dijo el ingeniero químico del NIST, Mark McLinden." Al entrar en el estudio, pensamos que seguramente tiene que haber algo más. Resulta, no tanto. Así que fue un poco sorprendente un poco decepcionante."
Para ayudar a reducir el calentamiento global, casi 200 naciones, incluidos los Estados Unidos, en octubre de 2016 acordó enmendar el Protocolo de Montreal para eliminar gradualmente a mediados de siglo los refrigerantes utilizados en la mayoría de los sistemas de aire acondicionado (AC). La fase parcial hacia abajo, en lugar de una eliminación completa, reconoció las complicadas elecciones que deberán tomarse para seleccionar reemplazos. Afortunadamente, ahora se encuentran disponibles nuevos datos valiosos para respaldar esas decisiones.
"El camino a seguir implicará compensaciones, "McLinden continuó." Los códigos de seguridad podrían revisarse para permitir el uso de refrigerantes ligeramente inflamables. Las mezclas de dos o más fluidos pueden producir un refrigerante no inflamable, pero con un GWP más alto. El dióxido de carbono no es inflamable, pero requeriría un rediseño completo de los equipos de aire acondicionado ".
Los refrigerantes actuales son los hidrofluorocarbonos (HFC), que son "gases de efecto invernadero" con alto potencial de calentamiento atmosférico. Aunque su contribución al cambio climático es ahora pequeña, Se espera que aumente rápidamente junto con el uso de aire acondicionado en todo el mundo. El Protocolo de Montreal, el tratado que regula las sustancias que agotan la capa protectora de ozono de la Tierra, originalmente estimuló la introducción de HFC como sustitutos de los compuestos que agotan la capa de ozono utilizados anteriormente.
Los reguladores estadounidenses ya reconocen la dificultad de elegir nuevos refrigerantes. La Agencia de Protección Ambiental no ha establecido límites específicos de GWP, sino que ha realizado análisis de riesgos comparativos para cada refrigerante y uso final. Los criterios incluyen efectos atmosféricos y efectos relacionados con la salud y el medio ambiente, riesgos del ecosistema, riesgos del consumidor, inflamabilidad costo y disponibilidad.
Para ayudar a los legisladores y a la industria de EE. UU. A comprender los límites y las compensaciones involucradas en la eliminación gradual de los HFC, NIST llevó a cabo una exhaustiva, búsqueda de cuatro años para el mejor componente único, Fluidos de reemplazo de bajo GWP. El GWP se define como el potencial de calentamiento de un kilogramo de gas en relación con un kilogramo de dióxido de carbono.
El estudio del NIST se centró en posibles fluidos de reemplazo para pequeños sistemas de CA típicos de hogares y pequeñas empresas. Una mezcla de HFC llamada R-410A es ahora el refrigerante más popular en dichos sistemas. Estas unidades de aire acondicionado están selladas, lo que significa que no deben liberar HFC a la atmósfera. Sin embargo, los sistemas pueden tener fugas, y cuando se les da servicio o se desechan, el refrigerante puede escaparse y no recuperarse ni reciclarse, McLinden dijo.
El estudio examinó una base de datos de más de 60 millones de sustancias químicas, estimando las propiedades basándose únicamente en su estructura molecular. Esto se basó en un método computacional desarrollado previamente en NIST.
Debido a que todos los refrigerantes actuales son moléculas pequeñas, la búsqueda del NIST se limitó a moléculas con 18 átomos o menos y solo ocho elementos que forman compuestos lo suficientemente volátiles como para servir como refrigerantes. Esta pantalla inicial resultó en 184, 000 moléculas para ser consideradas más a fondo.
Cribado de las propiedades energéticas correspondientes a los fluidos utilizables en pequeños sistemas de CA y GWP de menos de 1, 000 (convencionalmente entendido como los efectos durante un período de tiempo de 100 años) produjo 138 fluidos. Luego, los investigadores simularon el rendimiento de estos 138 compuestos en acondicionadores de aire. Coautor de la Universidad Católica de América en Washington, CORRIENTE CONTINUA., ayudó a desarrollar el modelo de simulación y evaluar los resultados. La selección adicional para descartar compuestos químicamente inestables o muy tóxicos o aquellos con baja eficiencia energética dio como resultado la lista final de 27 fluidos de bajo GWP.
El propano tiene un GWP de 3, mucho más bajo que el valor 1 del R-410A, 924. Los refrigerantes potenciales con el PCA más bajo incluyen amoníaco, comúnmente utilizado en grandes sistemas de refrigeración industrial pero tóxico y ligeramente inflamable, y dimetiléter, un propulsor y combustible potencial que es solo un poco menos inflamable que el propano. El dióxido de carbono tiene un GWP de 1 y no es inflamable. pero requeriría un tipo diferente de ciclo de refrigeración que funcione a presiones muy altas. Otros compuestos de bajo GWP incluyen hidrofluoroolefinas, un enfoque actual de la investigación de la industria, pero ligeramente inflamable.
Aunque no existe un límite de GWP específico en los Estados Unidos, Se han establecido fechas de eliminación para algunos de los HFC de mayor PCA. (Los refrigerantes con un GWP de menos de 750 están permitidos en la Unión Europea para sistemas de CA pequeños).
La lista del NIST puede ofrecer nuevas ideas porque incluye muchos refrigerantes que aún no están en la lista de sustitutos aceptables de la EPA. La industria de la refrigeración ha estado desarrollando activamente nuevos fluidos que son ligeramente inflamables, y los resultados del presente estudio apoyan este curso, McLinden dijo. Viendo hacia adelante, Las conclusiones del estudio NIST indican la necesidad de reconocer y abordar las compensaciones en la planificación para el futuro, él dijo.
Por ejemplo, ¿Cómo deberían cambiarse los códigos de seguridad para garantizar que los refrigerantes inflamables se puedan utilizar de forma segura? Las mezclas de diferentes refrigerantes pueden ofrecer un compromiso entre seguridad y GWP. Por ejemplo, un fluido de bajo GWP pero inflamable mezclado con un fluido no inflamable pero de alto GWP podría resultar en un fluido no inflamable con un valor moderado de GWP, Señaló McLinden.