Più di una dozzina di miscele chimiche potrebbero servire come refrigeranti alternativi che non riscalderanno l'atmosfera tanto quanto i refrigeranti di oggi, o prendere fuoco, secondo un nuovo studio computazionale del National Institute of Standards and Technology (NIST).

Lo studio NIST ha identificato le 22 "migliori" miscele non infiammabili o marginalmente infiammabili con un potenziale di riscaldamento globale (GWP) inferiore, una misura della quantità di calore che un gas intrappola se rilasciato nell'atmosfera, rispetto all'attuale refrigerante standard per l'aria condizionata dei veicoli (AC ), chiamato R-134a (tetrafluoroetano).

La maggior parte delle miscele identificate combina l'R-134a con uno o due altri refrigeranti commerciali.

La nuova analisi del NIST, che è stato condotto per l'esercito degli Stati Uniti, ma si applica anche ad applicazioni civili come i sistemi AC per case e automobili, è un follow-up di uno studio NIST del 2017 che ha rilevato che tutti i componenti monocomponenti, i refrigeranti rispettosi del clima erano almeno marginalmente infiammabili. Questo studio ha suggerito che le miscele potrebbero offrire le soluzioni ottimali.

"I militari insistono nel volere miscele non infiammabili, ma le applicazioni civili si stanno spostando sempre più verso miscele almeno marginalmente infiammabili, " Ha detto Ian Bell, ingegnere meccanico del NIST e autore principale dello studio.

Per contribuire a ridurre il riscaldamento globale, quasi 200 nazioni, compresi gli Stati Uniti, ha concordato nel 2016 di modificare il protocollo di Montreal per ridurre gradualmente entro la metà del secolo i refrigeranti utilizzati nella maggior parte dei sistemi CA. Il phasedown parziale, piuttosto che una completa eliminazione, ha riconosciuto le scelte complicate che dovranno essere fatte per selezionare le sostituzioni.

Per il nuovo studio, I ricercatori del NIST hanno selezionato 13 fluidi entro un intervallo di pressione, infiammabilità, e valori GWP che potrebbero produrre una miscela con le caratteristiche desiderate. Tutti i fluidi erano a bassa tossicità e disponibili in commercio. I ricercatori hanno condotto un'ampia valutazione di tutte le possibili combinazioni di due o tre dei 13 fluidi.

I fluidi includevano idrofluoroolefine, che hanno un GWP molto basso ma sono leggermente infiammabili; idrofluorocarburi non infiammabili (HFC) con GWP da moderato ad alto; HFC leggermente infiammabili; e anidride carbonica, che non è infiammabile e ha anche un GWP molto basso di 1, ma aumenterebbe la pressione di esercizio di una miscela, che è indesiderabile.

I ricercatori del NIST non hanno trovato alcuna miscela che soddisfacesse tutti i vincoli desiderati:non infiammabilità, basso GWP, alta efficienza (raffreddamento per unità di lavoro), e capacità di raffreddamento complessiva simile a quella del sistema di base R-134a.

Lo studio ha identificato 14 miscele non infiammabili che offrivano una riduzione del GWP di, al massimo, 51% rispetto al GWP di 1300 dell'R-134a. Altre otto miscele che erano marginalmente infiammabili sono state identificate con riduzioni del GWP fino al 99%. I ricercatori hanno simulato le prestazioni di queste 22 miscele in un modello dettagliato del ciclo di refrigerazione. Lo studio è stato eseguito utilizzando strumenti computazionali; i ricercatori hanno in programma di effettuare esperimenti di laboratorio per verificare i risultati.

Lo studio ha rivelato diverse tendenze. Le miscele non infiammabili più promettenti hanno un'efficienza leggermente inferiore rispetto all'R-134a. Queste miscele non infiammabili hanno un limite GWP inferiore di 640; ciò è dovuto alla necessità di molto R-134a nella miscela per sopprimere l'infiammabilità dei fluidi a basso GWP. Anche altre miscele contenenti una quantità significativa di anidride carbonica erano non infiammabili, ma questi avevano efficienze molto basse rispetto all'R-134a e non erano considerate alternative praticabili.

C'è anche una tendenza generale all'aumento dell'efficienza di pari passo con il GWP e l'infiammabilità. Questo perché i fluidi a basso GWP tendono ad essere molecole più complesse e questa complessità può ostacolare le prestazioni di refrigerazione.

"Le miscele "buone" che abbiamo trovato sono molto al limite della non infiammabilità, " Bell ha avvertito. "Ciò non significa che non bruceranno ancora dato l'ambiente giusto. dobbiamo essere cauti, perché questa è una specie di arte oscura. C'è un compromesso fondamentale:se vuoi davvero non infiammabilità ed efficienza, non otterrai entrambi. Otterrai l'uno o l'altro".