Un trend attuale vede gas di origine naturale come R744, R290, R600, R717 essere adottati anche nella catena del freddo, in refrigerazione e aria condizionata. Si tratta di idrocarburi fossili, anidride carbonica e ammoniaca anidra in versione raffinata, processata industrialmente: una scelta green? Anch’essi impattano sull’ambiente e, non poco, soprattutto sulla sicurezza e sulla salute. Quali sono le alternative migliori?
I gas naturali sono miscele gassose che esistono in natura tra strati di roccia porosa del sottosuolo. Data la collocazione sotterranea in sacche composte da una moltitudine di idrocarburi, oli minerali, cere, bitumi, gas tossici, necessitano di processi di estrazione, raffinazione e trasporto piuttosto pericolosi, inquinanti e complessi. Vale la pena di ricordarci che “la natura” li ha stoccati nel sottosuolo, magari perché li dovrebbero stare. Quando vengono eruttati da eventi sismici e vulcani, enormi quantità di prodotti di decomposizione e di CO2 gassosa vengono purtroppo “naturalmente” rilasciati in aria. A questo problema la scienza ancora non trova soluzioni e, si pensa, mai le troverà.
Il loro utilizzo massivo nel settore della refrigerazione e aria condizionata che in alcuni casi è fondamentalmente corretto, talvolta appare come una forzatura dettata da ideologie più che dalla scienza. Dipende moltissimo dall’applicazione che si esamina.
Una scelta responsabile prevede perlomeno la conoscenza di soluzioni a basso impatto ambientale alternative al fine di poter scegliere con attenta riflessione. Laddove quindi non riteniamo necessario, opportuno utilizzare gas pericolosi, esplosivi o corrosivi o di bassa efficienza termodinamica, i gas a bassissimo GWP (Global Warming Potential, ovvero il potenziale di riscaldamento globale) offrono alternative molto valide e ci aiutano a raggiungere gli obiettivi mondiali di sostenibilità, come dettato dal regolamento 517/2014 (FGAS), entro il 2030 per poi proseguire un cammino virtuoso già piuttosto delineato.
I gas naturali: come divengono refrigeranti?
I gas naturali nella maggior parte dei casi sono composti per oltre il 90% da metano (CH4) e per il restante 10% da sostanze gassose, come l’anidride carbonica, l’azoto, l’idrogeno solforato e, in qualche caso, l’elio, il radon ed il cripton. La parola “naturali”, che accompagna spesso questi gas, è correlata ai lunghi processi naturali a carico di particolari batteri in condizioni ideali nel sottosuolo: rifiuti organici vengono trasformati in molecole ricche di carbonio (per gli idrocarburi). Abbiamo riscontrato da alcuni media press che anche un gas molto pericoloso e, per fortuna, non presente in atmosfera come l’ammoniaca gassosa anidra viene elencato tra le opzioni “refrigeranti naturali”. Una inutile forzatura per un ottimo e storico refrigerante industriale. Questo gas compresso e liquefatto, codice R717 in versione raffinata per refrigerazione, è prodotto su scala industriale principalmente in processo chimico “Haber – Bosch”, poco efficiente e moderatamente inquinante (principalmente NOx). A tal proposito sono in corso indagini sull’effetto di danneggiamento dell’ozono derivante dalla liberazione di R717 in aria (fonte: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3306630/)
Quando parliamo di gas con designazione “R”, refrigeranti è importante sapere che si tratta di prodotti che subiscono trattamenti industriali, dalla fase dall'estrazione alla raffinazione in colonna di distillazione, fino al processo di manipolazione e trasporto, sia che siano di origine naturale o fossile (propano, butano, anidride carbonica) sia che siano di origine minerale (HFC e HFO). La qualità di un gas “R” refrigerante è assolutamente essenziale per il funzionamento dei dispositivi che li adottano. La purezza di un refrigerante di origine naturale è spesso oggetto di analisi accurate e purtroppo sovente è fonte di problemi.
Nel settore del freddo oltre alla già citata R717, principalmente si ha a che fare con R290 (propano), R600 (butano) e R744 (CO2.) Poiché gli idrocarburi sono altamente infiammabili e facilmente detonanti, necessitano di un serie di procedure di massima sicurezza per ogni fase di produzione, trasporto e impiego. In particolare, i regolamenti tecnici dei Vigili del Fuoco ne impediscono l’utilizzo (a meno di particolari impieghi e bassissime cariche) all’interno di luoghi pubblici.
La CO2 è nota in refrigerazione come R744. In natura non esiste pura allo stato liquido e allo stato gassoso è molto difficile “catturarla” a causa delle caratteristiche di gas rarefatto e ad elevata pressione di condensazione che può avvenire solamente in circostanze particolari (sotto + 33 °C dunque difficilmente). Il processo produttivo industriale di grande scala di R744 non è semplice. Oggi infatti non viene praticamente più estratta dalle sacche di acqua ricca di CO2 nel sottosuolo. Viene sintetizzata dalla combustione di HC in processi industriali chimici. Richiede molta energia elettrica motrice per l’immagazzinamento ad elevatissima pressione.
Estrazione, trasporto e produzione energia elettrica dalla combustione dei gas naturali
La domanda cruciale per comprendere davvero l’impatto di questi gas sul Pianeta è: come arrivano a noi e a che tipo di lavorazione devono essere sottoposti per essere utilizzati negli impianti di refrigerazione industriale? Partiamo dal primo processo, ovvero l’estrazione. L’impatto di questo procedimento invasivo viene da decine di anni un po’ sottovalutato, si pensa anche a causa delle cifre macroeconomiche che ruotano sull’argomento, perché le trivellazioni portano ad un lento e progressivo abbassamento del terreno del giacimento e quindi un danno per l’ecosistema, oltreché un possibile cedimento delle fondamenta di edifici.
La raffinazione del gas liquido è una importante fonte di inquinamento. La combustione per produzione di energia elettrica provoca emissioni di anidride carbonica pari a circa il 74% di quelle relative alla benzina.
Dai refrigeranti fossili naturali a quelli sintetici di origine minerale: si parte dal fluoruro di calcio
Una valida alternativa ai gas “naturali” sono i gas sintetici al fluoro HFO (idrogeno, fluoro e ossigeno). L’uso di questi gas fluorurati contribuisce in misura estremamente ridotta al riscaldamento globale per immissione diretta (aspetto molto importante che citeremo molto spesso nelle nostre analisi), perché si degradano rapidamente nell'atmosfera. Rendere costanti le emissioni di un gas di breve durata significa stabilizzare l'effetto di riscaldamento esistente, invece di aumentarlo. Bisogna infatti ricordare che il potenziale effetto serra da immissione diretta di un gas in atmosfera viene designato come GWP (ton CO2 equivalenti).
Un altro valore aggiunto dei gas al fluoro è la linearità della produzione, che avviene all’interno di impianti molto sicuri e costruiti da pochi anni, molto efficienti, in grado di riciclare o riutilizzare in altro processo i vari sottoprodotti (detti “by-products”). Quando si cerca di capire qual è l’impatto sull’ambiente nella produzione di gas HFO occorre considerare questo imponente riciclo di sostanze altrimenti di scarto.
Oltre ad una piccolissima quota di GWP, i contemporanei gas refrigeranti al fluoro garantiscono la conservazione di un basso consumo di energia elettrica (per far funzionare in compressori di Aria Condizionata o di Refrigerazione), bassissime tossicità e corrosione
