Refrigeranti naturali: distinguere mito e realtà

REALTÀ:

Il vapore di ammoniaca è più leggero dell’aria e quindi dovrebbe salire e disperdersi nel tempo e a distanza. Ma non sempre è così. Le concentrazioni pericolose di ammoniaca nell’aria possono rimanere vicine al suolo a seconda dell’umidità relativa, della temperatura e della velocità del vento. Le temperature più fresche e l’umidità relativa elevata spingono il vapore a rimanere vicino al suolo. Occorre prestare attenzione alle depressioni sottovento che possono raccogliere e trattenere i vapori tossici dell’ammoniaca.

La nuvola bianca che si sviluppa con la maggior parte dei rilasci di ammoniaca è un cattivo indicatore dell’estensione del pennacchio. Le concentrazioni pericolose di ammoniaca nell’aria possono andare ben oltre la nuvola bianca visibile.

RISORSE DI SUPPORTO:

• Anche le più irrilevanti perdite di ammoniaca possono essere pericolose | CPECN
• Sette persone ricoverate dopo una perdita di ammoniaca in una gelateria di Modesto - CBS Sacramento (cbsnews.com)
• Le perdite di sostanze chimiche pericolose hanno danneggiato i lavoratori in una delle più grandi aziende di lavorazione della carne d’America | CNN Business
• Piano di risposta dei vigili del fuoco del Minnesota al rilascio di ammoniaca

REALTÀ:

La qualità del ghiaccio nelle piste di pattinaggio è determinata da soli 3 fattori: la qualità dell’acqua, le condizioni dell’edificio e la temperatura della soletta della pista.

Nei sistemi tipici delle piste di pattinaggio, la temperatura della lastra è controllata dal flusso di un fluido di trasferimento del calore a bassa temperatura (soluzione salina o glicole) sotto il pavimento, in modo che la superficie del ghiaccio sia fisicamente separata da qualsiasi refrigerante all’interno del sistema di refrigerazione (situato all’esterno o nella sala macchine). In altre parole, la lastra della pista di pattinaggio non sa quale refrigerante si trovi all’interno dell’impianto, poiché vede solo la soluzione salina e quindi, finché la temperatura e il flusso della soluzione salina rimangono adeguati, ciò è indifferente per il ghiaccio.

REALTÀ:

“Naturale” è una parola utilizzata per scopi di marketing, senza fondamenti ingegneristici o scientifici. La CO₂, gli idrocarburi e l’ammoniaca di grado refrigerante venduti e utilizzati nell’industria HVACR non vengono estratti dalla natura. Vengono invece prodotti attraverso processi industriali come tutti gli altri refrigeranti.

RISORSE DI SUPPORTO:

• Il parere di un esperto sui refrigeranti cosiddetti “naturali”: il futuro dei refrigeranti
• Scheda informativa EFCTC - Refrigeranti naturali
• “I cosiddetti refrigeranti naturali non esistono” - Video
• La verità sul freddo: uno sguardo a ciò che è reale, alle speculazioni e al clamore nel settore HVACR
• Notizie su chimica e ingegneria - Emissioni di CO₂ derivanti dalla produzione industriale di ammoniaca

REALTÀ:

Il GWP è solo un fattore tra i tanti nella scelta di un refrigerante. Come evidenziato nella sezione 3.1 del documento di posizione ASHRAE sui refrigeranti e il loro uso responsabile: “La scelta dei refrigeranti e dei relativi sistemi deve basarsi su un’analisi olistica che comprenda l’efficienza energetica e le prestazioni, l’impatto ambientale, la sicurezza dei dipendenti e pubblica e le considerazioni economiche. La scelta di un refrigerante non deve basarsi su un singolo fattore come il GWP, la pressione di esercizio, l’infiammabilità, ecc. L’ampia gamma di applicazioni HVAC&R e i loro requisiti in tutto il mondo richiedono una varietà di refrigeranti per soddisfare queste esigenze”.

RISORSE DI SUPPORTO:

• ASHRAE: Documento di sintesi sui refrigeranti e il loro uso responsabile

REALTÀ:

Negli Stati Uniti, i dati pubblici riportati dai partner di EPA GreenChill indicano che nel 2019 la percentuale d’uso del CO₂ sul refrigerante installato era <1 %. Supermarket retailers have a variety of needs for existing and new stores and technology adoption trends vary by region. CO₂ is not a solution for existing system designs and requires purchase and installation of all new equipment. Supermarkets worldwide have had great success using retrofit refrigerants like Opteon™ XP40 (R-449A), resulting in lower GWP, while staying on track with their sustainability goals. In addition, an increasing number of refrigeration design engineers and end-users are exploring ultra-low GWP HFO solutions with new system architectures as a means to deliver the performance, cost, and sustainability they need to maintain seamless operations.

RISORSE DI SUPPORTO:

• I rivenditori non sono ancora convinti dei sistemi di refrigerazione CO₂ | ACHR News
• I rivenditori esprimono preoccupazioni sui refrigeranti alternativi | ACHR News
• Il crescente interesse dei negozi di alimentari per le soluzioni HFO

REALTÀ:

I sistemi a base di CO₂ sono complessi e richiedono un’elevata pressione operativa. Un’interruzione di questo sistema, come ad esempio un’ondata di calore, può causare un blocco.

La perdita di una carica completa di CO₂ nel sistema può portare a una perdita di refrigerazione per diversi giorni, a seconda della disponibilità e della presenza di un tecnico qualificato. Quando un sistema a base di CO₂ perde la carica completa, può congelarsi e produrre ghiaccio secco e diventa impossibile riavviare il sistema fino a quando il ghiaccio secco non viene rimosso. Nel caso dei negozi di alimentari, una perdita di refrigerazione per diversi giorni può comportare un notevole spreco alimentare e un impatto sui costi per i negozianti e i consumatori, come si è visto durante le ondate di calore degli ultimi anni.

Per risolvere questo problema, i rivenditori devono installare sistemi di riserva che aggiungono ulteriori costi e complessità a un sistema già costoso.

RISORSE DI SUPPORTO:

• CO₂ come refrigerante - Cinque potenziali rischi dell’R-744 (copeland.com)
• Congelamento del CO₂: perché accade e cosa puoi fare (harrisproductsgroup.com)
• CO₂: una scomoda verità
• Breve video: Una delle principali catene di vendita al dettaglio del Regno Unito, ASDA, sceglie i refrigeranti A2L
• Webinar su Emerson E360: Prepararsi all’uso sicuro dei refrigeranti A2L nella refrigerazione commerciale

REALTÀ:

L’efficienza di un sistema di refrigerazione è determinata in gran parte dalla progettazione, dalla scelta dell’attrezzatura e dalle condizioni operative. Infatti, molti sistemi moderni con refrigeranti fluorurati hanno un’efficienza equivalente o migliore rispetto agli impianti con ammoniaca R-717. I progetti dei moderni sistemi di refrigerazione vengono costantemente innovati e migliorati, soprattutto per quanto riguarda l’ottimizzazione dell’efficienza energetica. Per valutare realmente le prestazioni di qualsiasi impianto di refrigerazione, è necessaria un’analisi ingegneristica approfondita ed esperta che tenga conto dei dettagli specifici del sistema, dell’applicazione, della località e delle condizioni operative. Le dichiarazioni generiche che si limitano a confrontare i refrigeranti, senza considerare altri fattori, sono una semplificazione eccessiva e potrebbero portare a conclusioni potenzialmente inaccurate.

RISORSE DI SUPPORTO:

• L’efficienza del sistema è più importante del GWP
• Pubblicazione ORFA primavera 2019: Efficiency 2.0

REALTÀ:

Per via del funzionamento ad alta pressione, i sistemi a CO₂ sono molto più suscettibili alla perdita della carica completa durante le interruzioni di corrente e la manutenzione. Per motivi di sicurezza, infine, i sistemi a CO₂ sono dotati di valvole di scarico di emergenza per favorire il rilascio della carica se/quando necessario. Uno studio del 2018 condotto negli Stati Uniti su circa 200 sistemi transcritici ha rilevato un tasso di perdita molto elevato (48,3% all’incirca), il che significa che ogni negozio perde l’equivalente dell’intera carica ogni due anni.

Per evitare interruzioni dell’attività, la maggior parte dei rivenditori sta installando sistemi di refrigerazione di riserva per raffreddare il ricevitore o sta immagazzinando le cariche del sistema di CO₂ in loco e pagando le relative tariffe di noleggio delle bombole. Tutte queste mitigazioni comportano un costo aggiuntivo per il proprietario/l’operatore.

RISORSE DI SUPPORTO:

• Conversazioni sul clima di Emerson: CO₂ come refrigerante - Vantaggi e svantaggi di R-744
• Cinque fatti da tenere in considerazione prima di passare alla CO₂

REALTÀ:

Sebbene sia commercializzata come refrigerante “naturale”, la produzione di refrigeranti all’ammoniaca contribuisce notevolmente all’utilizzo di gas a effetto serra e di carburanti fossili.

RISORSE DI SUPPORTO:

• Gli scienziati cercano modi per rendere la produzione di ammoniaca più sostenibile - Cooling Post
• globalFACT: Conosci il percorso del tuo refrigerante a base di ammoniaca?

REALTÀ

Le grandi perdite di biossido di carbonio possono sostituire l’ossigeno e comportare il rischio di asfissia. Inoltre, il limite di esposizione alla tossicità acuta (ATEL) per R-744 è di 54 g/m3 o 30.000 ppm e le esposizioni al di sopra di questo valore, anche per brevi periodi, possono rappresentare un pericolo. In realtà, il CO₂ è tossico a partire da concentrazioni del 2% (vol/vol) e può essere letale dal 25%.

RISORSE DI SUPPORTO:

• CO₂ come refrigerante - Cinque potenziali pericoli dell’R-744

REALTÀ:

Le emissioni totali del ciclo di vita dei sistemi con “refrigeranti naturali” sono effettivamente superiori a quelle dei gas fluorurati.

La maggior parte dei gas fluorurati viene rimossa rapidamente dall’atmosfera rispetto ai “refrigeranti naturali” come la CO₂. Ad esempio, dopo 100 anni il 30% delle emissioni di CO₂ persiste nell’ambiente e lo farà per oltre mille anni.

RISORSE DI SUPPORTO:

• Atmospheric Chemistry and Physics Journal, 2013. 
• L’atmosfera: comprendere l’anidride carbonica - NASA Science

REALTÀ:

I gas industriali, come il CO₂, hanno un’intensità energetica maggiore rispetto ai gas fluorurati e possono essere dannosi per gli obiettivi ambientali e climatici. 

La CO₂ è un refrigerante molto meno efficace. Bassa efficienza indica maggiore consumo energetico e maggiori emissioni di gas serra. Oggi esistono tecnologie di mitigazione volte a migliorare l’efficienza dei sistemi di CO₂, ma nella maggior parte dei casi sono complesse e possono richiedere l’utilizzo dell’acqua per la compensazione.

REALTÀ:

Studi rigorosi hanno ritenuto i gas fluorurati sicuri per il loro uso previsto e preferibili rispetto alle opzioni “naturali” come il propano, l’ammoniaca e il CO₂, poiché questi gas industriali sono altamente infiammabili, corrosivi o hanno costi operativi elevati. Questi rischi limitano la loro capacità di sostenere gli obiettivi climatici globali.

Il propano è altamente infiammabile e può essere esplosivo; in caso di perdite accidentali, persino le scariche statiche che si generano quando si calpesta un tappeto possono generare una combustione. Infatti, l’energia minima di accensione per R-1234yf è maggiore di 5.000 mJ, mentre per R-290 è inferiore a 0,5 mJ; si tratta di un fattore di 10.000x.

L’uso dell’ammoniaca è stato già ridotto a causa della sua elevata tossicità e dei rischi per la salute in caso di perdite. Inoltre, l’ammoniaca è infiammabile ed è considerata un serio pericolo per la salute poiché è corrosiva per la pelle, gli occhi e i polmoni e l’esposizione a 300 parti per milione (ppm) è pericolosa per la vita e la salute.

RISORSE DI SUPPORTO:

• Ammonia Refrigeration - Overview | Occupational Safety and Health Administration (osha.gov)
• The potential of propane as a refrigerant - ACR Journal
• Flammability characteristics of HFO‐1234yf - Minor - 2010 - Process Safety Progress - Wiley Online Library
• On the minimum ignition energy (MIE) for propane/air - ScienceDirect

REALTÀ:

Sebbene alcuni gas fluorurati possano degradarsi in TFA, si tratta di una sostanza naturalmente ricorrente e le concentrazioni misurate attualmente nell’ambiente e previste a lungo termine sono ben al di sotto delle soglie di preoccupazione relative alla salute umana e all’ambiente. 

I TFA non costituiscono una minaccia per gli esseri umani o per l’ambiente, poiché le loro quantità nell’ambiente sono notevolmente al di sotto delle soglie di preoccupazione (eco)tossicologica, vengono espulsi facilmente dagli animali e hanno qualità uniche che ne prevengono il bioaccumulo nella catena alimentare.

RISORSE DI SUPPORTO:

• Programma delle Nazioni Unite per l’Ambiente, “Environmental Effects of Ozone Depletion Amid its Interactions with Climate Change”  

REALTÀ:

Sebbene il CO₂ non comporti gli stessi rischi derivanti da altri refrigeranti “naturali”, è considerato un asfissiante e ha un tasso di perdita molto elevato. 

Per via del funzionamento ad alta pressione, i sistemi a CO₂ sono molto più suscettibili alla perdita della carica completa durante le interruzioni di corrente e la manutenzione. In caso di perdita, quest’ultima si verifica rapidamente, causando l’arresto rapido delle operazioni e, a seconda dell’applicazione, generando rischi per la sicurezza, poiché si tratta di un asfissiante. La CO₂ è anche più pesante dell’aria; ciò significa che in spazi confinati una perdita può diventare estremamente pericolosa per le persone esposte. A concentrazioni appena del 2% è considerata tossica.

Un rapporto del 2023 del fornitore di CO₂, NASCR, ha riportato che in media i supermercati che usavano CO₂ avevano un tasso medio di perdita di circa il 100%, con emissioni essenzialmente equivalenti all’intero carico in un anno. Al fine di evitare interruzioni nelle operazioni aziendali, la maggior parte dei rivenditori sta installando sistemi di refrigerazione di riserva e/o generatori di alimentazione, con il conseguente aumento dei costi per i proprietari/operatori.

RISORSE DI SUPPORTO:

• CO₂ Supply - NASRC - Presentato alla Energy and Store Design Conference FMI 2023, Baltimora, MD
• USDA Carbon Dioxide: Health Hazard Information Sheet
• Five Fact to Consider Before Switching to CO₂

REALTÀ:

“Naturale” è una parola utilizzata per scopi di marketing, senza fondamenti ingegneristici o scientifici. La CO₂, gli idrocarburi e l’ammoniaca di grado refrigerante non vengono estratti dalla natura. Vengono prodotti con processi industriali come tutti gli altri refrigeranti.  

Con il termine “naturale” si indicano gli stessi gas industriali prodotti sinteticamente, adottati oltre un secolo fa e ampiamente abbandonati per buone ragioni. Inoltre, le attrezzature che utilizzano gas industriali come il CO₂ spesso sono meno efficienti dal punto di vista energetico rispetto alle soluzioni di gas fluorurati che dovrebbero sostituire; in ultima analisi comportano maggiori emissioni nel ciclo di vita rispetto ai gas fluorurati.

RISORSE DI SUPPORTO:

Programma delle Nazioni Unite per l’Ambiente, Report di valutazione 2022 “Environmental Effects"

REALTÀ:

I gas fluorurati sono fondamentali per raggiungere gli obiettivi climatici, l’autonomia strategica e gli obiettivi di innovazione dell’UE.

I gas fluorurati contribuiscono a raggiungere gli obiettivi dell’UE eliminando i combustibili fossili dagli impianti di riscaldamento e raffreddamento, a vantaggio di soluzioni efficienti dal punto di vista energetico, come l’adozione di pompe di calore. I gas fluorurati possono inoltre essere riutilizzati una volta che gli apparecchi raggiungono la fine della loro vita, contribuendo così all’implementazione delle economie circolari.

Limitare l’accesso ai gas fluorurati ne rallenterebbe l’adozione, aumenterebbe i costi di transizione, creerebbe un’incredibile quantità di sprechi di materiali (da sistemi inutilizzabili), comportando la fine dell’uso e dell’implementazione delle pompe di calore in Europa.

Rigorosi studi hanno ritenuto che i gas fluorurati sono sicuri e preferibili ad alcune alternative. Tutte le opzioni “naturali” come il propano, l’ammoniaca e la CO₂ comportano rischi elevati, tra cui tossicità, infiammabilità ed elevati costi operativi, il che le rende opzioni non contemplabili per il raggiungimento degli obiettivi climatici dell’UE.