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Los investigadores ven al dióxido de carbono como un gas refrigerante más amigable con el medio ambiente

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Los investigadores ven al dióxido de carbono como un gas refrigerante más amigable con el medio ambiente

2016/3/10

Los investigadores ven al dióxido de carbono como un gas refrigerante más amigable con el medio ambiente

9 de septiembre de 2014 por Chris Samoray
Los investigadores ven al dióxido de carbono como un gas refrigerante más amigable con el medio ambiente
En un área de investigación interior, Brian Fricke prepara vitrinas para refrigeración.

Mantener la comida fresca no es tarea fácil. Las pruebas de transporte de hielo a largas distancias y los peligros de los sistemas que dependen de gases tóxicos llenan las páginas de la historia de la refrigeración. Y aunque la ciencia del enfriamiento ha avanzado mucho en los últimos dos siglos, la refrigeración moderna tiene un costo ambiental que plantea nuevos desafíos.

Sin embargo, al experimentar con sistemas refrigerantes de CO 2 y nuevas moléculas refrigerantes, Brian Fricke, investigador del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, busca mediar y minimizar la huella ambiental de la refrigeración convencional.

"Cada supermercado tiene una gran cantidad de refrigerante en su sistema, de dos a cuatro mil libras, y alrededor del 20 por ciento de eso se filtra cada año. Eso es una gran cantidad de en la atmósfera", dijo Fricke, quien trabaja en Buildings Technologies Research de ORNL. y el Centro de Integración, una instalación para usuarios del DOE.

Eso es especialmente cierto en el caso de los hidrofluorocarbonos, o HFC, las vitrinas de los supermercados con refrigeración por refrigerante más comunes en los Estados Unidos en la actualidad. Los HFC siguieron a la eliminación gradual de su precursor de clorofluorocarbono cuando los científicos en la década de 1970 rastrearon el cloro que descompone el ozono en la atmósfera superior hasta los refrigerantes de clorofluorocarbonos que se usaban en ese momento; los clorofluorocarbonos se diseñaron como un "refrigerante de seguridad" y sirvieron como sustituto del refrigerante tóxico. gases como el amoníaco y el dióxido de azufre.

Si bien los HFC no destruyen el ozono, son un potente gas de efecto invernadero.

"El ejemplo típico de HFC que se ve en un sistema de supermercado se llama R404A. Tiene un GWP de alrededor de 3900", dijo Fricke.

GWP es el potencial de calentamiento global de una molécula, o la capacidad de la molécula para actuar como un gas de efecto invernadero. Por definición, el CO 2 tiene un GWP de uno, lo que hace que el R404A sea casi 4000 veces más potente que el CO 2 .

"En comparación con los refrigerantes que estamos usando en este momento, el CO 2 es mucho menos gas de efecto invernadero que el R404A", dijo Fricke.

En su laboratorio, Fricke está instalando un que usa únicamente CO 2 . Como refrigerante, el CO 2 es casi ideal porque no es inflamable, no es tóxico, no afecta el ozono y tiene un GWP bajo. Sin embargo, el CO 2 no es perfecto.

Debido a las propiedades termodinámicas, así como a las presiones y temperaturas operativas involucradas en la refrigeración, el CO 2 realmente solo funciona bien en climas fríos, donde el aire exterior puede enfriarlo de manera eficiente. En climas más cálidos como el sur de los Estados Unidos, es más difícil enfriar el CO 2 y se requiere más energía para operar el sistema de refrigeración.

Las pruebas que realiza Fricke abordan este problema. Una opción que sugiere es un sistema en cascada, que además de usar CO 2 también incorpora un refrigerante tradicional como el R404A. El R404A se enfría eficientemente con aire exterior cálido y luego se puede usar para enfriar el CO 2 . Si bien el R404A tiene un GWP grande, un sistema en cascada lo restringe a una sala de máquinas en la parte trasera de un supermercado donde el riesgo de fuga es pequeño y se requiere menos R404A.

"En climas más cálidos, el CO 2 usa más energía, pero no tiene ni de lejos el impacto ambiental de una fuga de refrigerante", dijo Fricke, y agregó: "Si usa CO 2 en el sistema de refrigeración, es CO 2 confinado en el ciclo de refrigeración y no en la atmósfera. Así que eso es CO 2 que ha extraído de la atmósfera, y no está contribuyendo al calentamiento global como gas de efecto invernadero".

Además de investigar las cualidades de refrigeración del CO 2 , Fricke también se asoció con Honeywell Inc. para estudiar otro refrigerante de reemplazo para el R404A que, a diferencia del CO 2 , podría usarse en un sistema R404A. Para agregar otro revoltijo a la combinación de nombres de refrigerantes, el refrigerante en el que Fricke está trabajando con Honeywell es una hidrofluoroolefina, o un HFO, llamado N40.

Los HFO inicialmente tienen un GWP de cuatro, solo un poco más alto que el del CO 2 . Pero los HFO son levemente inflamables y requieren mezclarse con otras sustancias, lo que crea una mezcla de HFO y eleva el GWP a alrededor de 1300.

Aún así, eso es significativamente menor que el GWP de 3900 del R404A, y el N40 tiene la ventaja de poder simplemente reemplazar al R404A en el mismo sistema de refrigeración. Para los supermercados que buscan ser más ecológicos y no tienen los recursos para instalar un sistema de CO 2 completamente nuevo, N40 puede ser una alternativa atractiva.

Además de tener un GWP más bajo, el N40 es más eficiente que el R404A. Después de las pruebas en las que Fricke comparó el R404A y el N40 a varias temperaturas en el mismo sistema refrigerante, Fricke descubrió que el N40 aumentaba la eficiencia del sistema en un 10 % aproximadamente.

"Sería bueno tener un refrigerante que pudiera reemplazar al R404A que funcionara igual o mejor y también tuviera un GWP más bajo. Esa es la intención de N40, ser un reemplazo del R404A", dijo Fricke.

Con la Universidad de Maryland, Fricke también ha ayudado a diseñar una herramienta de software llamada Life Cycle Climate Performance (LCCP). Esencialmente, LCCP calcula las emisiones equivalentes de CO 2 durante toda la vida útil operativa de un sistema de refrigeración.

El software tiene en cuenta las emisiones de CO 2 relacionadas con todos los aspectos de la refrigeración: fabricación, transporte, montaje, mantenimiento, uso de electricidad, fugas de , desmontaje, reciclaje, etc. LCCP incluso tiene en cuenta las emisiones asociadas con la fabricación de una pieza dentro del sistema de refrigeración, dijo Fricke. Al considerar estos factores, los compradores pueden considerar los factores ambientales más fácilmente. El objetivo final, dijo Fricke, sería utilizar LCCP como una herramienta global para estudiar las diferencias regionales en refrigeración. Estados Unidos podría compararse con Japón, o Europa con India, dijo.

De hecho, Europa podría estar estableciendo el estándar para la refrigeración, dijo Fricke. Ya hay alrededor de 1.300 sistemas de refrigeración con CO 2 en toda Europa. Estados Unidos sigue con solo tres, uno en Illinois, Maine y Nueva York. Sin embargo, es probable que Estados Unidos siga el ejemplo de Europa, dijo Fricke.

"El CO 2 se volverá cada vez más popular con el paso del tiempo", dijo Fricke, y agregó: "La conservación de los alimentos es algo esencial para nuestro bienestar. Es un gran usuario de energía y un gran productor de gases de efecto invernadero. Creo que es importante intentar que estos sistemas sean más eficientes y produzcan un menor impacto ambiental”.

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