Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia acabaram de concluir um estudo plurianual para identificar os "melhores" candidatos para uso futuro como refrigerantes de ar condicionado que terão o menor impacto no clima.

Infelizmente, todos os 27 fluidos NIST identificados como os melhores do ponto de vista de desempenho são pelo menos ligeiramente inflamáveis, o que não é permitido pelos códigos de segurança dos EUA para a maioria dos usos finais. Vários fluidos da lista de refrigerantes são altamente inflamáveis, incluindo propano, o combustível para churrasqueiras ao ar livre.

Em outras palavras, o estudo do NIST não encontrou nenhum refrigerante ideal que combinasse baixo "potencial de aquecimento global" (GWP) - uma medida de quanto calor um gás reterá se liberado na atmosfera - com outros recursos desejáveis ​​de desempenho e segurança, como ser não inflamável e não tóxico. Os resultados aparecem em Nature Communications .

"A lição é que não há perfeição, fácil substituição para refrigerantes atuais, "O engenheiro químico do NIST, Mark McLinden, disse." Indo para o estudo, pensamos que certamente deveria haver algo mais. Acontece que, não muito. Então foi um pouco surpreendente, um pouco decepcionante. "

Para ajudar a reduzir o aquecimento global, quase 200 nações, incluindo os Estados Unidos, em outubro de 2016 concordou em alterar o Protocolo de Montreal para reduzir gradualmente até meados do século os refrigerantes usados ​​na maioria dos sistemas de ar condicionado (AC). A fase parcial para baixo, em vez de uma eliminação completa, reconheceu as escolhas complicadas que precisarão ser feitas para selecionar substituições. Felizmente, novos dados valiosos estão agora disponíveis para apoiar essas decisões.

"O caminho a seguir envolverá compensações, "McLinden continuou." Os códigos de segurança podem ser revisados ​​para permitir o uso de refrigerantes ligeiramente inflamáveis. Misturas de dois ou mais fluidos podem produzir um refrigerante não inflamável, mas com um GWP mais alto. O dióxido de carbono não é inflamável, mas exigiria um redesenho completo do equipamento AC. "

Os refrigerantes atuais são hidrofluorocarbonos (HFCs), que são "gases de efeito estufa" com alto PAG. Embora sua contribuição para a mudança climática agora seja pequena, espera-se que aumente rapidamente junto com o uso de ar-condicionado em todo o mundo. O Protocolo de Montreal, o tratado que regula as substâncias que destroem a camada protetora de ozônio da Terra, originalmente estimulou a introdução de HFCs como substitutos para compostos destruidores de ozônio usados ​​anteriormente.

Os reguladores norte-americanos já reconhecem a dificuldade de escolher novos refrigerantes. A Agência de Proteção Ambiental não definiu limites específicos de GWP, em vez disso, conduziu análises de risco comparativas para cada refrigerante e uso final. Os critérios incluem efeitos atmosféricos e efeitos ambientais e de saúde relacionados, riscos do ecossistema, riscos para o consumidor, inflamabilidade, custo e disponibilidade.

Para ajudar os legisladores e a indústria dos EUA a entender os limites e compensações envolvidos na redução gradual dos HFCs, NIST empreendeu um abrangente, pesquisa de quatro anos pelo melhor componente único, fluidos de reposição com baixo PAG. O GWP é definido como o potencial de aquecimento de um quilograma de um gás em relação a um quilograma de dióxido de carbono.

O estudo do NIST se concentrou em possíveis fluidos de substituição para pequenos sistemas CA típicos para residências e pequenas empresas. Uma mistura de HFCs chamada R-410A é agora o refrigerante mais popular em tais sistemas. Essas unidades AC são seladas, o que significa que não devem liberar HFCs na atmosfera. Contudo, os sistemas podem vazar, e quando eles são reparados ou descartados, refrigerante pode escapar e não ser recuperado e reciclado, McLinden disse.

O estudo analisou um banco de dados de mais de 60 milhões de produtos químicos, estimar as propriedades com base apenas em sua estrutura molecular. Isso se baseia em um método computacional desenvolvido anteriormente no NIST.

Como todos os refrigerantes atuais são moléculas pequenas, a pesquisa do NIST foi limitada a moléculas com 18 ou menos átomos e apenas oito elementos que formam compostos voláteis o suficiente para servir como refrigerantes. Esta tela inicial resultou em 184, 000 moléculas a serem consideradas mais adiante.

Triagem de propriedades de energia correspondentes a fluidos utilizáveis ​​em pequenos sistemas AC e GWP inferior a 1, 000 (convencionalmente entendido como os efeitos ao longo de um período de 100 anos) rendeu 138 fluidos. Os pesquisadores então simularam o desempenho desses 138 compostos em condicionadores de ar. Um co-autor da The Catholic University of America em Washington, D.C., ajudou a desenvolver o modelo de simulação e avaliar os resultados. Uma triagem adicional para descartar compostos quimicamente instáveis ​​ou muito tóxicos ou aqueles com baixa eficiência energética resultou na lista final de 27 fluidos de baixo GWP.

O propano tem um GWP de 3, muito menor do que o valor de 1 do R-410A, 924. Potenciais refrigerantes com os menores GWPs incluem amônia, comumente usado em grandes sistemas de refrigeração industrial, mas tóxico e ligeiramente inflamável, e éter dimetílico, um propelente e combustível potencial que é apenas ligeiramente menos inflamável do que o propano. O dióxido de carbono tem um GWP de 1 e não é inflamável, mas exigiria um tipo diferente de ciclo de refrigeração operando em pressões muito altas. Outros compostos de baixo GWP incluem hidrofluoroolefinas, um foco atual de pesquisa da indústria, mas ligeiramente inflamável.

Embora não haja um limite específico de GWP nos Estados Unidos, datas de eliminação foram definidas para alguns dos HFCs de maior PAG. (Refrigerantes com um GWP inferior a 750 são permitidos na União Europeia para pequenos sistemas CA).

A lista do NIST pode oferecer novas idéias porque inclui muitos refrigerantes que ainda não estão na lista de substitutos aceitáveis ​​da EPA. A indústria de refrigeração tem desenvolvido ativamente novos fluidos que são ligeiramente inflamáveis, e os resultados do presente estudo apóiam este curso, McLinden disse. Esperando ansiosamente, as conclusões do estudo do NIST indicam a necessidade de reconhecer e lidar com compensações no planejamento para o futuro, ele disse.

Por exemplo, como os códigos de segurança devem ser alterados para garantir que os refrigerantes inflamáveis ​​possam ser usados ​​com segurança? Misturas de diferentes refrigerantes podem oferecer um meio-termo entre segurança e GWP. Por exemplo, um fluido de baixo GWP, mas inflamável, misturado com um fluido não inflamável, mas de alto GWP, pode resultar em um fluido não inflamável com um valor moderado de GWP, McLinden observou.