Plus d'une douzaine de mélanges chimiques pourraient servir de réfrigérants alternatifs qui ne réchaufferont pas l'atmosphère autant que les réfrigérants actuels, ou prendre feu, selon une nouvelle étude informatique du National Institute of Standards and Technology (NIST).

L'étude du NIST a identifié les 22 "meilleurs" mélanges ininflammables ou marginalement inflammables avec un potentiel de réchauffement global (PRP) inférieur - une mesure de la quantité de chaleur qu'un gaz emprisonne s'il est libéré dans l'atmosphère - que le réfrigérant standard actuel pour la climatisation des véhicules (AC ), appelé R-134a (tétrafluoroéthane).

La plupart des mélanges identifiés combinent le R-134a avec un ou deux autres réfrigérants commerciaux.

La nouvelle analyse NIST, qui a été menée pour l'armée américaine mais s'applique également aux applications civiles telles que les systèmes de climatisation pour les maisons et les voitures, est un suivi d'une étude du NIST de 2017 qui a révélé que tous les composants uniques, les réfrigérants respectueux du climat étaient au moins marginalement inflammables. Cette étude a suggéré que les mélanges pourraient offrir les solutions optimales.

"L'armée insiste pour vouloir des mélanges ininflammables, mais les applications civiles s'orientent de plus en plus vers des mélanges au moins marginalement inflammables, ", a déclaré Ian Bell, ingénieur en mécanique du NIST et auteur principal de l'étude.

Pour contribuer à réduire le réchauffement climatique, près de 200 nations, y compris les États-Unis, convenu en 2016 d'amender le Protocole de Montréal afin de réduire progressivement d'ici le milieu du siècle les réfrigérants utilisés dans la plupart des systèmes de climatisation. Le déphasage partiel, plutôt qu'une élimination complète, reconnu les choix compliqués qui devront être faits pour sélectionner les remplaçants.

Pour la nouvelle étude, Les chercheurs du NIST ont sélectionné 13 fluides dans une plage de pression, inflammabilité, et les valeurs GWP qui pourraient produire un mélange avec les caractéristiques souhaitées. Tous les fluides étaient peu toxiques et disponibles dans le commerce. Les chercheurs ont mené une évaluation approfondie de toutes les combinaisons possibles de deux ou trois des 13 fluides.

Les fluides comprenaient des hydrofluorooléfines, qui ont un très faible GWP mais sont légèrement inflammables ; les hydrofluorocarbures (HFC) ininflammables avec un PRG modéré à élevé ; HFC moyennement inflammables; et le dioxyde de carbone, qui est ininflammable et a également un très faible GWP de 1, mais augmenterait la pression de fonctionnement d'un mélange, ce qui est indésirable.

Les chercheurs du NIST n'ont trouvé aucun mélange répondant à toutes les contraintes souhaitées :ininflammabilité, faible GWP, haute efficacité (refroidissement par unité de travail), et une capacité de refroidissement globale similaire à celle du système de référence R-134a.

L'étude a identifié 14 mélanges ininflammables offrant une réduction du PRG de, au plus, 51 pour cent par rapport au GWP du R-134a de 1 300. Huit mélanges supplémentaires qui étaient légèrement inflammables ont été identifiés avec des réductions du GWP allant jusqu'à 99 pour cent. Les chercheurs ont simulé les performances de ces 22 mélanges dans un modèle de cycle de réfrigération détaillé. L'étude a été réalisée à l'aide d'outils informatiques; les chercheurs prévoient de mener des expériences en laboratoire pour vérifier les résultats.

L'étude a révélé plusieurs tendances. Les mélanges ininflammables les plus prometteurs ont une efficacité légèrement inférieure à celle du R-134a. Ces mélanges ininflammables ont une limite inférieure de GWP de 640 ; cela est dû au besoin de beaucoup de R-134a dans le mélange pour supprimer l'inflammabilité des fluides à faible GWP. D'autres mélanges contenant une quantité importante de dioxyde de carbone étaient également ininflammables, mais ceux-ci avaient une efficacité très faible par rapport au R-134a et n'étaient pas considérés comme des alternatives viables.

Il existe également une tendance générale à l'augmentation de l'efficacité en tandem avec le GWP et l'inflammabilité. En effet, les fluides à faible GWP ont tendance à être des molécules plus complexes et cette complexité peut nuire aux performances de réfrigération.

« Les « bons » mélanges que nous avons trouvés sont très ininflammables, " Bell a mis en garde. "Cela ne signifie pas qu'ils ne brûleront pas toujours dans le bon environnement. Nous devons être prudents, parce que c'est une sorte d'art sombre. Il y a un compromis fondamental :si vous voulez vraiment l'ininflammabilité et l'efficacité, vous n'aurez pas les deux. Vous obtiendrez l'un ou l'autre."