Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST 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, lo cual 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, elcombustible 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 no inflamable y no tóxico. Los resultados aparecen en Comunicaciones de la naturaleza .
"La conclusión es que no existe un reemplazo perfecto y fácil para los refrigerantes actuales", dijo el ingeniero químico del NIST Mark McLinden. "Al comenzar el estudio, pensamos que seguramente tenía que haber algo más. Resulta que no tanto.fue un poco sorprendente, un poco decepcionante ".
Para ayudar a reducir el calentamiento global, casi 200 países, incluido Estados Unidos, acordaron en octubre de 2016 enmendar el Protocolo de Montreal para eliminar gradualmente a mediados de siglo los refrigerantes utilizados en la mayoría de los sistemas de aire acondicionado CA. La eliminación parcial,en lugar de una eliminación completa, reconoció las complicadas opciones que deberán tomarse para seleccionar los reemplazos. Afortunadamente, ahora se encuentran disponibles nuevos datos valiosos para respaldar esas decisiones.
"El camino a seguir implicará compensaciones", continuó McLinden. "Los códigos de seguridad podrían revisarse para permitir el uso de refrigerantes ligeramente inflamables. Las mezclas de dos o más fluidos podrían producir un refrigerante no inflamable, pero con un GWP más alto. El dióxido de carbono esno inflamable, pero requeriría un rediseño completo del equipo de CA ".
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, impulsó originalmente la introducción de HFC como sustitutos de los compuestos que agotan la capa de ozono utilizados anteriormente.
Los reguladores de EE. UU. 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 comparativos de riesgo 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 para el consumidor, inflamabilidad, costo y disponibilidad.
Para ayudar a los formuladores de políticas y a la industria de EE. UU. A comprender los límites y las compensaciones involucradas en la eliminación gradual de los HFC, el NIST llevó a cabo una búsqueda integral de cuatro años de los mejores fluidos de reemplazo de un solo componente y de bajo GWP. GWP se define como elpotencial 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 liberarHFC a la atmósfera. Sin embargo, los sistemas pueden tener fugas, y cuando se les da servicio o se desechan, el refrigerante puede escapar y no recuperarse ni reciclarse, dijo McLinden.
El estudio examinó una base de datos de más de 60 millones de sustancias químicas y estimó 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 selección inicial resultó en 184.000 moléculas que se considerarán más adelante.
El cribado de las propiedades energéticas correspondientes a los fluidos utilizables en pequeños sistemas de CA y un GWP de menos de 1000 convencionalmente entendido como los efectos durante un período de 100 años produjo 138 fluidos. Luego, los investigadores simularon el rendimiento de estos 138 compuestos en el aireacondicionadores. Un coautor de la Universidad Católica de América en Washington, DC, ayudó a desarrollar el modelo de simulación y a evaluar los resultados. Una evaluación adicional para descartar compuestos químicamente inestables o muy tóxicos o aquellos con baja eficiencia energética dio como resultado la lista final de27 fluidos de bajo GWP.
El propano tiene un GWP de 3, mucho más bajo que el valor del R-410A de 1924. Los refrigerantes potenciales con el GWP más bajo incluyen el amoníaco, comúnmente utilizado en grandes sistemas de refrigeración industrial pero tóxico y ligeramente inflamable, y dimetiléter, un propulsor y combustible potencial quees 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 las hidrofluoroolefinas, un enfoque actual de la investigación de la industria peroligeramente 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 GWP 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 respaldan este curso.McLinden dijo. Mirando hacia el futuro, las conclusiones del estudio de NIST indican la necesidad de reconocer y lidiar con las compensaciones en la planificación para el futuro, dijo.
Por ejemplo, ¿cómo se deben cambiar los códigos de seguridad para garantizar que los refrigerantes inflamables se puedan usar de manera segura? Las mezclas de diferentes refrigerantes pueden ofrecer un compromiso entre la seguridad y el GWP. Por ejemplo, un líquido de bajo GWP pero inflamable mezclado con un líquido no inflamable pero de altoEl fluido GWP podría resultar en un fluido no inflamable con un valor moderado de GWP, anotó McLinden.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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