La consommation électrique d'un réfrigérateur domestique peut être réduite de 29 % tout en améliorant la capacité de refroidissement. Les chercheurs ont remplacé le réfrigérant R134a largement utilisé mais peu respectueux de l'environnement par le R600a, plus économe en énergie, dosé avec des nanoparticules de nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT). Ce remplacement de fluide frigorigène peut être déployé sur le terrain par des techniciens formés, dit un ingénieur de l'Université de Johannesburg.

Ce test de réfrigérants dosés aux nanoparticules est le premier du genre, et les résultats sont publiés dans Rapports énergétiques , une revue en libre accès. L'étude peut aider à rendre la réfrigération domestique plus accessible pour les familles à faible revenu.

Le R134a est l'un des réfrigérants les plus utilisés dans les réfrigérateurs domestiques et industriels. Il est sans danger pour de nombreuses applications car il n'est pas inflammable. Cependant, il a un potentiel de réchauffement global élevé, contribuant au changement climatique. Il provoque également des réfrigérateurs, les congélateurs et les équipements de climatisation consomment beaucoup d'énergie électrique. La consommation d'énergie contribue encore plus au changement climatique.

Pendant ce temps, un réfrigérant plus économe en énergie peut entraîner des factures d'électricité beaucoup plus faibles. Pour les ménages vulnérables, la sécurité énergétique peut ainsi être améliorée. L'amélioration de l'économie d'énergie et de la gestion de la demande peut également profiter aux planificateurs des services publics d'électricité, car le refroidissement représente environ 40 % de la demande d'énergie.

Les nanoparticules améliorent la réduction de puissance

Les réfrigérants nano écologiques ont été fabriqués avec de l'eau et de l'éthylène glycol. Des études antérieures ont montré une réduction de la consommation d'énergie dans la nano-réfrigération en dosant les réfrigérants existants avec des nanoparticules MWCNT. Le processus a également entraîné une réduction de la friction et de l'usure des compresseurs de vapeur des appareils. Mais les recherches précédentes n'ont pas testé les effets des MWCNT sur les réfrigérants à base d'hydrocarbures tels que le R600a.

Dans leur nouvelle étude, Des chercheurs de l'Université de Johannesburg ont testé le remplacement instantané du réfrigérant R134a non respectueux de l'environnement dans un réfrigérateur domestique fabriqué pour fonctionner avec 100 g de R134a.

Les chercheurs ont retiré le réfrigérant R134a et son huile de compresseur d'un réfrigérateur domestique. Ils ont utilisé du R600a dosé avec des MWCNT avec de l'huile minérale comme lubrifiant. Le nouveau mélange a été introduit dans le réfrigérateur et des tests de performance ont été effectués. Ils ont découvert que le réfrigérant R600a-MWCNT entraînait de bien meilleures performances et capacité de refroidissement pour le réfrigérateur.

"Le réfrigérateur a refroidi plus rapidement et avait une température d'évaporation beaucoup plus basse de -11 degrés Celsius après 150 minutes. C'était inférieur aux -8 degrés Celsius pour le R134a. Il dépassait également la norme ISO 8187, qui nécessite -3 degrés Celsius à 180 minutes, ", explique le Dr Daniel Madyira.

Le Dr Madyira est du Département des sciences de l'ingénierie mécanique de l'Université de Johannesburg.

« La consommation d'électricité a diminué de 29 % par rapport à l'utilisation du R134a. Il s'agit d'un gain d'efficacité énergétique significatif pour les utilisateurs de réfrigérateurs, surtout pour les personnes à faible revenu, " il ajoute.

Pour bénéficier de ces avantages, le choix des nanoparticules MWCNT est critique, il dit. « Les MWCNT doivent avoir une taille de particule à l'échelle nanométrique, ce qui est extrêmement petit. Les particules doivent également réduire la friction et l'usure, éviter la corrosion et le colmatage, et présentent une très bonne conductivité thermique, " dit le Dr Madyira.

Gestion de l'inflammabilité

Le nouveau mélange réfrigérant présente un risque potentiel, toutefois. Contrairement au R134a, Le R600a est inflammable. D'autre part, il est plus économe en énergie, et il a un faible potentiel de réchauffement climatique. Certains fabricants de réfrigérateurs ont déjà adopté la production avec R600a et ces appareils sont disponibles sur le marché.

"Pour effectuer un remplacement en toute sécurité, pas plus de 150g de R600a doit être utilisé dans un réfrigérateur domestique, " dit le Dr Madyira. " Avant le remplacement, le réfrigérateur utilisait 100g de gaz R134a. Nous avons remplacé cela par 50g à 70g de R600a, pour rester dans les paramètres de sécurité."

Le personnel non formé ne doit pas tenter ce remplacement sans rendez-vous, dit le Dr Madyira. Plutôt, un technicien ou un technologue en réfrigération qualifié devrait le faire.

"L'huile minérale est utilisée comme huile de compresseur. Elle doit être mélangée avec la concentration recommandée. Un agitateur magnétique et un ultrasonicateur sont nécessaires pour agiter et homogénéiser les ingrédients du mélange. Le mélange peut ensuite être introduit dans le compresseur. Après cela, R600a peut être chargé dans le compresseur du réfrigérateur, en prenant soin de ne pas utiliser plus de 150g de gaz, " dit le Dr Madyira.

Un réfrigérant beaucoup plus écoénergétique tel que le mélange R600a-MWCNT peut faire économiser beaucoup d'argent aux consommateurs. Les ménages vulnérables dans les climats chauds des pays en développement peuvent en bénéficier encore plus. Les personnes à faible revenu dans de nombreux pays dépendent des réfrigérateurs et des congélateurs domestiques pour stocker en toute sécurité les aliments en vrac. Cela réduit considérablement le gaspillage alimentaire dû à la détérioration ou à l'intoxication alimentaire due à des aliments mal stockés. Ces appareils ne sont plus un luxe mais une nécessité, dit le Dr Madyira. Sans frigo, les gens peuvent être obligés d'acheter de la nourriture quotidiennement en petites quantités et à des prix beaucoup plus élevés. Parce que les achats quotidiens peuvent ne plus être nécessaires, le temps de déplacement et les coûts pour acheter de la nourriture peuvent être beaucoup plus faibles, également.

La réfrigération permet également de stocker en toute sécurité des denrées alimentaires plus diversifiées, comme les fruits et légumes frais. Les médicaments qui nécessitent un refroidissement peuvent être conservés à la maison. Cela peut rendre les régimes alimentaires et la nutrition plus équilibrés, et une meilleure santé physique, plus accessible pour un ménage à faible revenu.

L'électricité du réseau reste la règle pour la réfrigération à faible revenu

Du point de vue de la durabilité, il peut être préférable de faire fonctionner la plupart des réfrigérateurs et congélateurs domestiques à l'énergie solaire. Cependant des panneaux solaires, les batteries de secours et les réfrigérateurs à courant continu (CC) sont encore trop chers pour la plupart des familles à faible revenu dans les zones desservies par les services publics d'électricité. Les réfrigérateurs à courant alternatif (AC) économes en énergie fonctionnant sur le réseau électrique sont plus abordables pour la plupart des gens. Une réduction supplémentaire de la consommation d'énergie avec le réfrigérant R600a-MWCNT peut réduire encore plus les coûts.

Alors que de plus en plus de ménages à faible revenu et de petites entreprises utilisent des réfrigérateurs alimentés par le réseau, congélateurs et climatisation, la demande d'énergie doit être mieux gérée. En Afrique du sud, où l'étude a été menée, le service public d'électricité fait face à d'énormes défis pour répondre à la demande de manière cohérente. Black-outs roulants de longue durée, connu sous le nom de délestage, ont été mis en œuvre en tant que mesure de gestion de l'énergie du côté de la demande. En économisant plus d'un quart de la consommation électrique des réfrigérateurs, les congélateurs et les climatiseurs peuvent libérer l'alimentation électrique nationale pour une meilleure sécurité énergétique.