Des chercheurs de l'Institut national des normes et de la technologie viennent de terminer une étude pluriannuelle pour identifier les « meilleurs » candidats pour une utilisation future en tant que réfrigérants de climatisation qui auront le plus faible impact sur le climat.
Malheureusement, les 27 fluides NIST identifiés comme les meilleurs du point de vue des performances sont au moins légèrement inflammables, ce qui n'est pas autorisé par les codes de sécurité américains pour la plupart des utilisations finales. Plusieurs fluides de la liste des fluides frigorigènes sont hautement inflammables, y compris le propane, le combustible pour les barbecues extérieurs.
En d'autres termes, l'étude du NIST n'a trouvé aucun réfrigérant idéal qui combinait un faible « potentiel de réchauffement planétaire » (PRP) - une mesure de la quantité de chaleur qu'un gaz piégerait s'il était libéré dans l'atmosphère - avec d'autres caractéristiques de performance et de sécurité souhaitables, telles qu'être à la fois ininflammable et non toxique. Les résultats apparaissent dans Communication Nature .
"Le plat à emporter est qu'il n'y a pas de parfait, remplacement facile des réfrigérants actuels, " L'ingénieur chimiste du NIST, Mark McLinden, a déclaré. " En entrant dans l'étude, nous avons pensé qu'il devait sûrement y avoir autre chose. Il s'avère que, pas tellement. C'était donc un peu surprenant, un peu décevant."
Pour contribuer à réduire le réchauffement climatique, près de 200 nations, y compris les États-Unis, en octobre 2016, a accepté de modifier le Protocole de Montréal afin de réduire progressivement d'ici le milieu du siècle les réfrigérants utilisés dans la plupart des systèmes de climatisation (AC). La phase partielle vers le bas, plutôt qu'une élimination complète, reconnu les choix compliqués qui devront être faits pour sélectionner les remplaçants. Heureusement, de nouvelles données précieuses sont maintenant disponibles pour appuyer ces décisions.
« La voie à suivre impliquera des compromis, " McLinden a poursuivi. " Les codes de sécurité pourraient être révisés pour permettre l'utilisation de réfrigérants légèrement inflammables. Les mélanges de deux fluides ou plus peuvent produire un réfrigérant ininflammable, mais à un GWP plus élevé. Le dioxyde de carbone est ininflammable, mais nécessiterait une refonte complète de l'équipement AC."
Les réfrigérants actuels sont les hydrofluorocarbures (HFC), qui sont des "gaz à effet de serre" à fort PRG. Bien que leur contribution au changement climatique soit désormais faible, on s'attend à ce qu'elle augmente rapidement avec l'utilisation de la climatisation dans le monde. Le Protocole de Montréal, le traité qui réglemente les substances qui appauvrissent la couche d'ozone protectrice de la Terre, a à l'origine stimulé l'introduction des HFC en remplacement des composés appauvrissant la couche d'ozone précédemment utilisés.
Les régulateurs américains reconnaissent déjà la difficulté de choisir de nouveaux réfrigérants. L'Environmental Protection Agency n'a pas fixé de limites spécifiques de GWP, mais a plutôt mené des analyses comparatives des risques pour chaque réfrigérant et utilisation finale. Les critères comprennent les effets atmosphériques et les effets connexes sur la santé et l'environnement, risques écosystémiques, risques consommateurs, inflammabilité, coût et disponibilité.
Pour aider les décideurs politiques et l'industrie américains à comprendre les limites et les compromis impliqués dans une réduction progressive des HFC, Le NIST a entrepris une étude complète, recherche sur quatre ans du meilleur monocomposant, fluides de remplacement à faible GWP. Le PRG est défini comme le potentiel de réchauffement d'un kilogramme de gaz par rapport à un kilogramme de dioxyde de carbone.
L'étude du NIST s'est concentrée sur les fluides de remplacement possibles pour les petits systèmes à courant alternatif typiques des maisons et des petites entreprises. Un mélange de HFC appelé R-410A est maintenant le réfrigérant le plus populaire dans de tels systèmes. Ces unités AC sont scellées, ce qui signifie qu'ils ne devraient pas libérer de HFC dans l'atmosphère. Cependant, les systèmes peuvent fuir, et lorsqu'ils sont réparés ou mis au rebut, le réfrigérant peut s'échapper et ne pas être récupéré et recyclé, dit McLinden.
L'étude a passé au crible une base de données de plus de 60 millions de produits chimiques, estimer les propriétés en se basant uniquement sur leur structure moléculaire. Cela s'appuie sur une méthode de calcul précédemment développée au NIST.
Parce que tous les réfrigérants actuels sont de petites molécules, la recherche du NIST était limitée aux molécules avec 18 atomes ou moins et seulement huit éléments qui forment des composés suffisamment volatils pour servir de réfrigérants. Ce premier criblage a donné 184, 000 molécules à approfondir.
Criblage des propriétés énergétiques correspondant aux fluides utilisables dans les petits systèmes AC et GWP inférieur à 1, 000 (conventionnellement compris comme étant les effets sur une période de 100 ans) a produit 138 fluides. Les chercheurs ont ensuite simulé les performances de ces 138 composés dans des climatiseurs. Co-auteur à l'Université catholique d'Amérique à Washington, D.C., aidé à développer le modèle de simulation et à évaluer les résultats. Un examen approfondi visant à exclure les composés chimiquement instables ou très toxiques ou ceux à faible efficacité énergétique a abouti à la liste finale de 27 fluides à faible PRG.
Le propane a un GWP de 3, bien inférieure à la valeur 1 du R-410A 924. Les réfrigérants potentiels avec les plus faibles PRG comprennent l'ammoniac, couramment utilisé dans les grands systèmes de réfrigération industriels mais toxique et légèrement inflammable, et diméthyléther, un propulseur et un carburant potentiel qui n'est que légèrement moins inflammable que le propane. Le dioxyde de carbone a un GWP de 1 et est ininflammable, mais cela nécessiterait un autre type de cycle de réfrigération fonctionnant à des pressions très élevées. D'autres composés à faible GWP comprennent les hydrofluorooléfines, un axe actuel de recherche de l'industrie mais légèrement inflammable.
Bien qu'il n'y ait pas de limite spécifique de GWP aux États-Unis, des dates d'élimination ont été fixées pour certains des HFC au PRG le plus élevé. (Les réfrigérants avec un GWP inférieur à 750 sont autorisés dans l'Union européenne pour les petits systèmes AC.)
La liste du NIST peut offrir de nouvelles idées car elle comprend de nombreux réfrigérants qui ne figurent pas encore sur la liste EPA des substituts acceptables. L'industrie du froid développe activement de nouveaux fluides légèrement inflammables, et les résultats de la présente étude soutiennent ce cours, dit McLinden. Avoir hâte de, les conclusions de l'étude du NIST indiquent la nécessité de reconnaître et de gérer les compromis dans la planification de l'avenir, il a dit.
Par exemple, Comment les codes de sécurité doivent-ils être modifiés pour garantir que les réfrigérants inflammables peuvent être utilisés en toute sécurité ? Les mélanges de différents réfrigérants peuvent offrir un compromis entre la sécurité et le GWP. Par exemple, un fluide à faible GWP mais inflammable mélangé à un fluide non inflammable mais à GWP élevé peut donner un fluide ininflammable avec une valeur modérée de GWP, a noté McLinden.
