Quale futuro per i fluidi frigorigeni?

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1 68_TER_lug_messineo :07 Pagina 68 di A. Messineo, D. Panno Quale futuro per i fluidi frigorigeni? Il comparto della produzione mondiale di energia si trova in una fase di transizione e viene chiamato ad affrontare prove molto impegnative. In uno scenario in cui le riserve di combustibili fossili vanno via via diminuendo, si assiste ad una sempre crescente richiesta di energia. L impiego delle fonti energetiche tradizionali è reso sempre più arduo sia dai maggiori costi sia da problemi di carattere ambientale. La crescita della domanda mondiale di energia, soddisfatta in misura prevalente da combustibili fossili, ha come conseguenza un aumento di emissioni di gas serra con gravi ricadute sul nostro ambiente. Il 16 febbraio 2005, con la ratifica da parte della Russia degli accordi sottoscritti a Kyoto, il Protocollo è diventato operativo in quanto i Paesi che hanno aderito superano il 55% delle emissioni complessive dei Paesi sottoscrittori. Si impone pertanto a tutti i Paesi che hanno ratificato il Protocollo di Kyoto la messa in atto di provvedimenti finalizzati alla riduzione delle emissioni di gas serra al fine di raggiungere gli obiettivi prefissati. In questo contesto il settore della refrigerazione può contribuire mediante una corretta progettazione, un adeguata scelta dei componenti, una razionale gestione di esercizio ed una accurata manutenzione a perseguire gli obiettivi di Kyoto. Tra i tanti fenomeni di alterazione dell ambiente risultano oggi particolarmente avvertiti quelli della distruzione dell ozono stratosferico e dell effetto serra; tra i responsabili un posto di rilievo lo occupano gli impianti a compressione di vapore, utilizzati nei sistemi di. È noto, infatti, che numerosi sistemi convenzionali di refrigerazione e condizionamento fanno uso ancora oggi di fluidi sintetici come i clorofluorocarburi (CFC) e gli idroclorofluorocarburi (HCFC), i primi già messi al bando ed i secondi in via di sostituzione, poiché è scientificamente dimostrato che tali fluidi, utilizzati in cicli a compressione di vapore, sono tra i maggiori responsabili della distruzione dello strato di ozono stratosferico e dell aumento della temperatura media terrestre allorché vengono rilasciati in atmosfera. Il rapporto IPCC/TEAP Per fare delle valutazioni sulle previsioni di impiego dei refrigeranti sintetici per i prossimi anni, è necessario tener conto degli studi che vengono compiuti sul cambiamento climatico; fra i vari rapporti recentemente pubblicati, è di fondamentale importanza il rapporto redatto dall IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) per conto dell UNFCCC (United Nations Framework Convention on Climate Change) e dalla TEAP (Technology & Economic Assessment Panel) dal titolo: IPCC/TEAP Special Report - Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System: Issues Related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocarbons. L importanza di questa ricerca sta nel fatto che essa fornisce informazioni sulle emissioni non solo di idrofluorocarburi (HFC) e di perfluorocarburi (PFC), ma anche delle sostanze lesive dello strato di ozono: clorofluorocarburi e idroclorofluorocarburi. Il rapporto esamina gli effetti delle emissioni totali di sostanze lesive dello strato di ozono (ODS - Ozone Depleting Substances) e dei loro sostituti. In particolare, esso delinea il contesto per Dott. ing. Antonio Messineo, dott. ing. Domenico Panno, Dipartimento di Ricerche Energetiche ed Ambientali (DREAM), Università degli Studi di Palermo. comprendere come le opzioni di sostituzione delle ODS e di riduzione delle emissioni di gas serra in diversi settori (refrigerazione, condizionamento dell aria, produzione di schiume, aerosols, estinguenti e solventi) potrebbero influenzare il riscaldamento globale.il rapporto considera le emissioni di idrofluorocarburi e perfluorocarburi usati in sostituzione delle ODS, ma non considera le emissioni di queste sostanze derivanti dai processi di produzione dell alluminio e dei semiconduttori o da settori diversi da quelli sopraelencati. L emissione delle sostanze lesive dello strato di ozono e dei loro sostituti ha origine dal loro processo di produzione (comprese le emissioni non intenzionali di sottoprodotti), dalle applicazioni in cui è previsto il rilascio in atmosfera, dall evaporazione e dalle perdite nei sistemi e nei prodotti durante l uso, il collaudo, la manutenzione e la dismissione alla fine del ciclo di vita. Con riferimento alle specifiche opzioni di riduzione delle emissioni, il rapporto limita le sue stime al 2015, periodo per il quale è disponibile una affidabile letteratura sulle opzioni di sostituzione con significativo potenziale di mercato. I clorofluorocarburi, gli halons e gli idroclorofluorocarburi contribuiscono al cambiamento climatico e alla distruzione dell ozono, mentre gli idrofluorocarburi e i perfluorocarburi contribuiscono soltanto al cambiamento climatico e sono oggi fra le possibili sostanze alternative alle sostanze lesive dello strato di ozono. Le sostanze indicate come ODS sono considerate dal Protocollo di Montreal, mentre i perfluorocarburi e gli idrofluorocarburi sono stati presi in considerazione dal Protocollo di Kyoto. Non vi sono regole valide in assoluto per la scelta o la sostituzione dei fluidi frigorigeni; vi sono criteri di valutazione di carattere generale che prendono in considerazione parametri termofisici, tecnologici, economici, di sicurezza e ambientali. Da queste valutazioni discendono le regolamentazioni generali, le norme locali e le norme d impiego per le quali si richiede un adeguato livello di formazione degli operatori. L approccio scelto per la presentazione delle evoluzioni degli impianti frigoriferi finalizzata alla riduzione delle emissioni dei gas clima alteranti è stato quello di prendere in considerazione i seguenti cinque campi d applicazione: 1) refrigerazione domestica, 2) refrigerazione commerciale, 3) refrigerazione nell industria alimentare e conservazione in celle frigorifere, 4) refrigerazione industriale e 5) refrigerazione nei trasporti. Per ogni applicazione verranno riportati dati nazionali e mondiali che permetteranno di caratterizzare l importanza economica del settore d applicazione, saranno analizzate le tendenze attuali nella scelta dei fluidi frigorigeni ed si delineeranno gli orientamenti per il futuro. Sono stati riportati infine due scenari di richiesta per i fluidi frigorigeni, il primo basato su ipotesi di condizioni al contorno invariate rispetto alla situazione attuale (Business as Usual); il secondo, indicato come scenario di mitigazione (Mitigation), basato su uno sforzo ancora maggiore per ridurre le emissioni attraverso la diffusa applicazione di best practices. Analisi dei vari settori In tutti i settori elencati in precedenza, che andremo di seguito a esaminare, vi sono possibilità di sostanziale riduzione dell emissione in atmosfera di sostanze di origine antropica ad effetto serra e lesive dello stato d ozono attraverso misure finalizzate a: 68

2 68_TER_lug_messineo :07 Pagina 69 - miglioramento dei dispositivi di tenuta degli impianti e delle macchine; - riduzione della carica di dette sostanze nelle apparecchiature; - recupero e riciclo o distruzione di dette sostanze a fine vita delle apparecchiature o dei manufatti che le contengono; - incremento nell uso di sostanze sostitutive con trascurabile potenziale di effetto serra; - utilizzo di tecnologie sostitutive innovative non inquinanti. Una valutazione esauriente sulle diverse opzioni dovrebbe naturalmente considerare congiuntamente l emissione diretta di sostanze ad effetto serra, l emissione indiretta conseguente alla produzione dell energia motrice necessaria e gli aspetti dell intero ciclo di vita, legati alla salute, alla sicurezza ed a tutte le forme di impatto ambientale. Le emissioni in atmosfera di gas ad effetto serra, conseguenti al consumo di energia, nella maggioranza dei casi sono molto significative; conseguentemente il perseguimento di una sempre maggiore efficienza energetica rappresenta un mezzo molto efficace per ridurre la componente indiretta dell effetto serra e può anche portare ad una riduzione del costo globale, soprattutto nelle applicazioni di lunga vita utile, come nella refrigerazione e nel condizionamento dell aria residenziale. Refrigerazione domestica I frigoriferi domestici e i freezer sono utilizzati in tutto il mondo per conservare in modo adeguato derrate alimentari nelle abitazioni ed in luoghi non commerciali, come gli uffici. Ne vengono prodotti ogni anno più di 80 milioni, con una capacità d immagazzinamento, che varia dai 20 litri a più di 850 litri; essi hanno solitamente una vita media stimata in 20 anni ed il numero d unità installate è approssimativamente pari a milioni d unità. Le configurazioni dei frigoriferi domestici variano tra le diverse nazioni, per il diverso stile di vita e le diverse infrastrutture per l approvvigionamento degli alimenti. I frigoriferi sono assemblati in fabbrica ed impiegano sistemi di refrigerazione a compressione di vapore ermeticamente sigillati, che contengono, tipicamente, dai 50 ai 250 grammi di refrigerante. In questo settore è indispensabile prendere in considerazione due campi d applicazione differenti: quello concernente la fabbricazione di nuove apparecchiature e quello che riguarda la manutenzione di quelle esistenti. La maggior parte dei nuovi frigoriferi o congelatori impiegano isobutano (HC-600a) o HFC-134a e ciascuno di questi due TABELLA 1 - Richiesta mondiale di refrigerante per la refrigerazione domestica Refrigeranti fluidi ha dimostrato un utilizzazione sicura, efficiente, affidabile ed economica. Studi indipendenti hanno inoltre concluso che i rendimenti energetici relativi a queste due alternative sono equiparabili. La domanda, in questo settore, di refrigeranti diversi dall HC-600a e dall HFC-134a, equivale a meno del 2% della richiesta totale (UNEP, 2003). L isobutano ha un limite inferiore d infiammabilità in aria del 1,8%, che implica una adeguata ventilazione dell ambiente in cui opera. Le regolamentazioni locali e la configurazione degli impianti possono ostacolare la diffusione dell HC-600a, di contro le emissioni dirette ne incoraggiano l uso rispetto all HFC-134a. Per quanto concerne la manutenzione delle apparecchiature, tali procedure in loco fanno uso normalmente dei refrigeranti specificati in origine. La vita utile dell apparecchiatura (fino a più di 30 anni per alcune unità, con una media intorno ai 20), il grande parco installato (circa milioni di unità) e le incertezze di conversione a refrigeranti alternativi provocano ancora una forte e continua richiesta di CFC-12. Nei paesi industrializzati questa richiesta è soddisfatta tipicamente con CFC-12 rigenerato o accumulato in riserve quando non in contrasto con i regolamenti locali. La Tabella 1 presenta il consumo dei tre refrigeranti più usati per frigoriferi domestici durante il 1992, il 1996 e il 2000 (UNEP, 2003). Sempre dalla Tabella 1 si può osservare come, prima dell anno 2000, era stato convertito il 76% della produzione delle nuove unità: il 53% in HFC-134a, il 21% in HC-600a e il 2% in tutto il resto (UNEP, 2003). Gli sviluppi successivi mantengono questa tendenza, con un aumento apparente nella percentuale di apparecchiature che utilizzano idrocarburi. Di contro, è sicuramente meno diffusa la conversione a fluidi alternativi durante la manutenzione delle apparecchiature. Il refrigerante CFC-12 continua a essere il refrigerante a costo più basso nei Paesi in via di sviluppo e ciò ne spiega la consistente richiesta, per le operazioni di manutenzione, come si evince sempre dalla Tabella 1. Poiché la manutenzione oltre la scadenza della garanzia è fornita tipicamente da piccole aziende indipendenti, non sono disponibili dati affidabili sulla richiesta di manutenzione. Inoltre, le limitate risorse finanziarie nei Paesi in via di sviluppo, orientano alla riparazione delle apparecchiature esistenti piuttosto che al ritiro e alla sostituzione con unità nuove. Ciò da un lato prolunga l eliminazione del CFC-12, dall altro provoca l aumento del tasso di guasti a causa della qualità della manutenzione, non sempre di buon livello. Domanda di refrigeranti (tonnellate) Nuove Apparecchiature CFC HFC 134a HC 600a Altri (1) Manutenzione CFC HFC 134a HC 600a Altri (2) Totale (1) HCFC-22, HFC 152a e HC 190 (2) I tre refrigeranti sopra più numerosi HFC e/o HCFC Fonte: UNEP, 2003; Euromonitor, 2001 Refrigerazione commerciale La refrigerazione commerciale è quella parte della catena del freddo che comprende gli apparecchi utilizzati dai punti vendita al dettaglio, per preparare, conservare ed esporre cibi freschi e congelati e bevande pronte per l acquisto. Complessivamente, la refrigerazione commerciale è il settore della refrigerazione con le maggiori emissioni di refrigerante, calcolate come quantità equivalenti di CO 2. In questi ultimi anni si è assistito in diversi Paesi ad una notevole diffusione di impianti per refrigerazione commerciale: la Cina è uno dei casi più significativi. Qui, negli ultimi quattro anni, il numero di piccoli supermercati (con una zona di vendita totale media di circa 380 m 2 ) è aumentato di sei volte. In termini di numero di supermercati la Cina rappresenta più del 30% del numero totale di supermercati nel mondo (UNEP, 2003). La scelta del refrigerante per gli apparecchi nuovi varia in relazione ai regolamenti e alle preferenze nazionali. In Europa, in seguito all eliminazione graduale dei CFC, per i nuovi apparecchi e per la manutenzione, si è scelto di utilizzare, per la refrigerazione commerciale, l HCFC-22 e miscele di HCFC-22. Tuttavia nei paesi nordici, il periodo di utilizzo dell HCFC-22 è stato molto breve e gli HFC come l R-404A sono diventati la soluzione privilegiata dal 1996 in poi. Dal 2000, il Regolamento Europeo 2037/2000 ha proibito gli HCFC in tutti i nuovi impianti, cosicché i refrigeranti usati più comunemente per sistemi a basse e medie temperature risultano essere l HFC- 404A e l HFC-507A. Nei sistemi stand-alone viene utilizzato l HFC- 134a per applicazioni a medie temperature, mentre per applicazioni a basse temperature vengono utilizzati l HFC-134a e l HFC-404A. In Giappone, dove gli HCFC sono ancora 69

3 68_TER_lug_messineo :07 Pagina 70 permessi, le società produttrici (OEMs) seguono una politica volontaria e più di un terzo delle nuove apparecchiature impiega gli HFC, mentre le restanti utilizzano l HCFC-22. Generalmente l HFC-407C viene utilizzato per medie temperature e l HFC-404A per le basse temperature in tutte le categorie di impianti commerciali. Negli Stati Uniti, nei sistemi esistenti, principalmente per applicazioni a medie temperature, vengono comunemente utilizzati l HCFC-22 e miscele di HCFC-22. L HCFC-22 continua ad essere utilizzato nei nuovi impianti dei supermercati, ma l HFC-404A e l HFC-507A stanno diventando sempre più diffusi. Nelle nuove apparecchiature stand-alone vengono utilizzati l HFC-404A e l HFC-134a. In Cina l HCFC-22 e HFC-134a sono i refrigeranti più utilizzati per la refrigerazione commerciale, ma si nota anche un rapido aumento dell utilizzo dell HFC- 404A. Per quanto concerne le emissioni, nella refrigerazione commerciale, si ha una percentuale di emissioni annue globali pari al 30% della carica del refrigerante (Palandre et al., 2004). I livelli di emissione (incluse quelle dovute a perdite attraverso i collegamenti e rotture durante il funzionamento, la manutenzione e la dismissione delle apparecchiature) sono generalmente molto alti specialmente per supermercati e ipermercati. Maggiore è la carica, maggiori sono le emissioni. Ciò è dovuto a tubazioni molto lunghe, al grande numero di accessori e valvole e alle ingenti quantità di fluido emesso in caso di rottura. In alcuni Paesi le emissioni da questi sistemi sono andate diminuendo, grazie agli sforzi dell industria e alle regolamentazioni governative, al recupero dei fluidi e ad un maggiore addestramento del personale, al miglioramento delle procedure di manutenzione nonché ad una maggiore attenzione a molti dettagli del sistema meccanico, inclusa la riduzione o l eliminazione di giunti filettati e una riduzione del numero di giunture nei sistemi di refrigerazione. Recentemente in diversi Paesi europei e negli USA sono state stimate delle percentuali annue d emissione che variano dal 3% al 22% (con una media del 18%), per sistemi da supermercato. Refrigerazione nell industria alimentare e conservazione in celle frigorifere La conservazione in celle frigorifere è una importante applicazione della refrigerazione, finalizzata a preservare la qualità degli alimenti, mantenendone inalterate le proprietà organolettiche. Questa applicazione della refrigerazione è molto significativa in termini di dimensioni e di rilevanza economica e ciò vale anche per i Paesi in via di sviluppo. Il consumo annuo mondiale di cibi congelati è di circa 30 Mt; nell ultimo decennio il consumo è aumentato del 50% e sta ancora crescendo. Gli Stati Uniti rappresentano più della metà del consumo mondiale con più di 63 kg pro capite; tale valore è pari a 25 kg per l Unione Europea e a 16 kg per il Giappone. La potenzialità degli impianti può variare da celle frigorifere di 3 kw a grandi impianti di lavorazione di diversi MW. La maggior parte dei sistemi di refrigerazione per la lavorazione degli alimenti e la conservazione in celle frigorifere utilizza compressori alternativi e/o a vite; i secondi, in particolare, sono comunemente utilizzati negli impianti di maggiore potenzialità (UNEP, 2003). I refrigeranti sintetici privi di cloro (HFC) hanno sostituito in molte regioni il CFC-12, l R-502 e l HCFC- 22. Gli HFC preferiti per l industria alimentare e la conservazione in celle frigorifere sono l HFC-134a, le miscele di HFC come l R-404A e le miscele azeotropiche come l R-507A, mentre la miscela di HFC R- 407C sta trovando applicazione come sostituto del HCFC-22. L HFC- 134a ha sostituito completamente il CFC-12 in varie applicazioni della refrigerazione, tuttavia nell industria alimentare e nella conservazione in celle frigorifere il CFC-12 non era molto utilizzato, perché necessita di compressori di cilindrata più grande rispetto all HCFC-22 o all ammoniaca a parità di effetto frigorifero; questo è il motivo per cui in questo settore l utilizzo dell HFC-134a è molto limitato. L R-404A, l R-407C e l R507A sono attualmente gli HFC più utilizzati per l industria alimentare e la conservazione in celle frigorifere. Queste miscele sono preferite all HFC-134a per la più elevata capacità volumetrica e il più basso costo del sistema (UNEP, 1998). Per i sistemi con R-404A e R-507A il liquido dovrebbe essere sottoraffreddato per raggiungere un rendimento ottimale e un alta convenienza anche in termine di costi (UNEP, 2003). L R-410A è una delle miscele di HFC da cui ci si aspetta l acquisizione di una rilevante quota di mercato nell industria alimentare, grazie alla possibilità di impiego di compressori con cilindrate più basse in confronto ad altri refrigeranti (ad eccezione della CO 2 ). È stato osservato che, grazie alla elevata capacità volumetrica (40% al di sopra dell HCFC-22), il rendimento di compressione dell R-410A è maggiore di quello dell HCFC-22 (Meurer e König, 1999). L R-410A può avere, inoltre, un rendimento energetico del sistema simile a quello dell ammoniaca e dell HCFC-22 e di gran lunga maggiore rispetto a quello dell R-404A e dell R507A per temperature di evaporazione inferiori ai -40 C. Per quanto concerne le tecnologie che non utilizzano HFC, l ammoniaca continua ad essere una delle soluzioni più diffuse. Si stima che la sua attuale quota di mercato in diversi Paesi Europei, specialmente nel nord, sia superiore all 80%. Negli USA l ammoniaca ha raggiunto approssimativamente il 90% della quota di mercato nei sistemi con una potenza 100 kw. In alcuni Paesi europei il mercato degli impianti ad idrocarburi a bassa carica è in crescita, anche se finora le quote di mercato raggiunte sono esigue, probabilmente a causa dell infiammabilità di questi refrigeranti. Tuttavia, molti produttori stanno sviluppando una vasta gamma di prodotti. I refrigeranti in commercio utilizzati nell industria alimentare sono l HC-290 e l HC-1270, sebbene nei sistemi allagati si utilizzino anche miscele di HC-290/600a. Un alternativa interessante per le applicazioni a basse temperature come quelle per il congelamento degli alimenti è la tecnologia ad anidride carbonica, specialmente nei sistemi a cascata con CO 2 nello stadio di bassa pressione e l ammoniaca nello stadio più alto, grazie alle sue eccellenti proprietà termofisiche insieme ad un ODP nullo e un trascurabile valore di GWP. Inoltre, la capacità volumetrica di refrigerazione della CO 2 è cinque volte superiore di quella dell HFC-410A e otto volte superiore dell ammoniaca e degli altri refrigeranti; ciò implica che la dimensione della maggior parte dei componenti del sistema può essere ridotta (Roth e König, 2001). Ci si aspetta che la quota di mercato della CO 2 aumenterà in questo settore, specialmente per il congelamento e il surgelamento degli alimenti conservati. Refrigerazione industriale Una descrizione dettagliata della refrigerazione industriale può essere trovata nel Industrial Refrigeration Handbook (Stoecker, 1998). La refrigerazione industriale spesso consiste di impianti per scopi speciali e/o di grande refrigerazione che sono generalmente costruiti su commessa, la cui capacità di raffreddamento/riscaldamento varia dai 25 kw ai 30 MW o anche più. Questi sistemi di refrigerazione si basano su compressori alternativi, compressori a vite e centrifughi, a seconda della potenza e dell applicazione. In questo settore hanno trovato impiego principalmente due refrigeranti: ammoniaca (60-70%) e HCFC-22 (15-20%); in misura minore sono stati utilizzati il CFC-502 (5-7%) e altri refrigeranti minori. I sistemi di refrigerazione industriale sono generalmente situati in aree industriali con un accesso al pubblico molto limitato. Per questo motivo l ammoniaca è comunemente utilizzata in molte applicazioni dove i rischi di tossicità e infiammabilità sono chiaramente evidenti, ben definiti, ben compresi e gestiti senza difficoltà da personale competente. Gli HFC sono utilizzati occasionalmente nella refrigerazione industriale nei luoghi in cui l ammoniaca o gli idrocarburi non sono accettabili, sebbene non siano spesso scelti in Europa, poiché gli 70

4 68_TER_lug_messineo :07 Pagina 71 TABELLA 2 - Refrigeranti utilizzati nella refrigerazione industriale Applicazioni Refrigeranti Altri refrig. Sostituti di CFC, HCFC Liofilizzazione NH 3, HCFC-22 R-502 CO 2, R-410A Separazione di gas CFC-12, CFC-13, PFC-14, PFC-116, HCFC-22, R-503 R-404A, R-507A, CO 2 Solidificazione di sostanze HCs, CFC-13, HCs, PFC-14, HCFC-22, CFC-12 R-404A, R-507A, CO 2 Reazioni Vari Controllo dell umidità CFC-12, CFC-13, PFC-14, PFC-116, di sostanze chimiche HCFC-22, R-503 R-404A, R-507A, CO 2, NH 3, Aria Condizionamento di processi industriali NH 3, HCFC-22 R-502 NH 3, R-404A, HCF 134a, Acqua Refrigerazione nelle industrie manifatturiere Vari Refrigerazione nelle industrie edilizie NH 3, R-502 HCFC-22 NH 3, CO 2,R-410A, R-404A, R-507A Piste per il pattinaggio NH 3, HCFC-22 NH 3, CO 2, R-404A, R-507A Tunnel del vento NH 3, R-502, HCFC-22, NH 3, R-404A, CFC-12 R-507A, HCF 134a Laboratori Vari utenti europei sono in attesa di regolamenti che limitano l utilizzo di refrigeranti che contribuiscono all effetto serra nella refrigerazione fissa. In Tabella 2 sono riportate le principali applicazioni e i relativi refrigeranti utilizzati nella refrigerazione industriale. TABELLA 3 - Ipotesi per lo Scenario Business As Usual (BAU) e per lo Scenario Mitigation Ipotesi Scenario Business As Usual (BAU) Crescita costante della domanda Continuità dei provvedimenti esistenti a livello internazionale (Protocollo di Montreal ecc.) Continuità dei provvedimenti nei singoli Stati Continuità dei trend attuali (fattori di emissione, penetrazione di soluzioni alternative ecc.) Efficienza nel recupero End-of-Life costante Ipotesi Scenario Mitigation Refrigerazione nei trasporti Il settore della refrigerazione nei trasporti comprende i sistemi di refrigerazione per il trasporto di merci refrigerate. In genere il compito del sistema di refrigerazione nei trasporti è di mantenere costante la temperatura durante il trasporto; ne segue che i requisiti tecnici per le unità di trasporto refrigerate sono più rigorosi rispetto a molte altre applicazioni della refrigerazione. Il sistema dovrà operare a diverse temperature ambiente e sotto condizioni climatiche estremamente variabili, dovrà anche essere in grado di trasportare diverse tipologie di merci che necessitano di diverse temperature e dovrà essere resistente e affidabile in condizioni di trasporto spesso difficili (IIR, 2003). Le modalità tipiche di trasporto sono quello su gomma, su ferrovia, per via aerea e via mare. Inoltre, vengono anche utilizzati dei sistemi che sono indipendenti dal veicolo in movimento; tali sistemi sono di solito chiamati intermodali e si possono trovare sotto forma di container (trasporto combinato mare-terra) e anche casse mobili (trasporto combinato strada-ferrovia). Nel 2001 è stato calcolato che più del 95% degli impianti di refrigerazione su navi frigorifere utilizzava l HCFC- 22 (SCANVAC, 2001), sebbene vengano utilizzati anche vari HFC come l HFC-134a, l R-404A, l R- 507 e l R407C e anche l ammoniaca. Le stime dei tassi annui di perdita attuali basati sul consumo conosciuto di refrigerante sono il 15-20% della carica del sistema (SCANVAC, 2001). Scenari per il 2015 Le emissioni delle sostanze lesive dello strato di ozono e dei loro sostituti dipendono soprattutto dal loro impiego e dalle quantità attualmente stoccate. Per i CFC e gli HCFC, la maggior parte delle emissioni deriva dai loro depositi 1 ed è opportuno ricordare che i Protocolli di Montreal e di Kyoto non prevedono nessuna misura restrittiva per limitarne le emissioni, nonostante molti Paesi abbiano regolamenti nazionali in materia di contenimento delle emissioni di gas ad effetto serra. La stima dell entità dei depositi dei vari refrigeranti nelle diverse applicazioni viene fatta incrociando i dati di concentrazione in atmosfera delle varie sostanze con i dati di produzione forniti dall industria chimica. Il confronto dei risultati ottenuti dalle misure atmosferiche con i dati forniti dai produttori di refrigeranti mostra differenze dell ordine del 10-25%, pertanto è necessario migliorare i metodi di valutazione di depositi ed emissioni. L acquisizione di dati riportati da diversi organismi internazionali, tra cui l UNFCCC (United Nations Framework Convention on Climate Change), AFEAS (Alternative Fluorocarbons Environmental Acceptability Study) e la Banca Mondiale, ha portato alla valutazione sulle capacità globali di produzione dei principali HFC. Sono stati sviluppati due scenari di richiesta, il primo basato (Business As Usual) su ipotesi di condizioni al contorno invariate rispetto alla situazione attuale, il secondo (Mitigation) indicato come scenario di mitigazione, basato su uno sforzo ancora maggiore per ridurre le emissioni attraverso la diffusa applicazione di best practices di riduzione dell emissioni. In Tabella 3 si riportano le ipotesi per i due scenari considerati. Poiché il Protocollo di Kyoto non impone specifiche limitazioni di emissione per ogni sostanza, l entrata in vigore del Protocollo di Kyoto non modifica direttamente l uno o l altro scenario. noltre, dove annunciati o introdotti, i provvedimenti nazionali relativi ai fluorocarburi sono stati inclusi nell analisi. In Figura 1-2 sono riportate rispettivamente l entità dei depositi e delle emissioni suddivise per gruppi di sostanze, mentre in Figura 3-4 sono riportate Crescita costante della domanda Continuità dei provvedimenti esistenti a livello internazionale (Protocollo di Montreal ecc.) Continuità dei provvedimenti nei singoli Stati Diffusione di Best Practices (riduzione della carica, penetrazione di soluzioni alternative ecc.); Incremento dell efficienza nel recupero End-of-Life 1 Con il termine deposito di una sostanza si indica la totale quantità di quella sostanza che si trova all interno dei sistemi esistenti, nelle scorte dei produttori, nelle schiume e in altri prodotti. 71

5 68_TER_lug_messineo :07 Pagina 72 FIGURA 1 - Depositi per gruppi di sostanze FIGURA 2 - Emissioni per gruppi di sostanze FIGURA 3 - Depositi per settori di applicazione l entità dei depositi e delle emissioni suddivise per settori di applicazione per il 2002 e per l anno 2015, nell ipotesi di condizioni al contorno invariate rispetto alla situazione attuale (scenario BAU). Secondo la relazione IPCC le emissioni di CFC diminuiranno molto tra il 2002 e il Mentre si prevede che le emissioni di HFC aumenteranno di tre volte (scenario BAU) rispetto al Complessivamente, dunque, le emissioni di CFC, HCFC e HFC non diminuiranno in modo considerevole (2.500 Mt CO 2 eq./anno nel 2002 contro i Mt CO 2 eq./anno nel 2015), fatto che desta qualche preoccupazione. La stima effettuata dall IPCC dei depositi CFC nel 2015 è di Mt CO 2 eq./anno nelle schiume e di Mt CO 2 eq./anno negli impianti della refrigerazione e del condizionamento; si potrebbe quindi dire che tali sistemi non conterranno praticamente più CFC nel Una valutazione esauriente sulle diverse opzioni dovrebbe considerare congiuntamente sia l emissione diretta di sostanze FIGURA 4 - Emissioni per settori di applicazione ad effetto serra che l emissione indiretta conseguente alla produzione dell energia motrice necessaria, aspetti del ciclo di vita, considerazioni legate alla salute, alla sicurezza ed a tutte le forme di impatto ambientale. In Figura 5-6 sono riportati i confronti tra lo scenario BAU e lo scenario Mitigation rispettivamente per le emissioni e per i depositi. Attraverso l applicazione delle migliori procedure già attualmente disponibili e di sistemi di recupero, entro il 2015 si può arrivare a dimezzare (ridurre di 1,2 Gt CO 2 eq./anno) le emissioni dirette di idrocarburi alogenati ad effetto serra: circa il 60% di questa potenzialità riguarda l emissione di HFC, il 30% quella di HCFC, ed il 10% quella di CFC. Dal confronto fra i due scenari analizzati, si può notare come le principali differenze risiedano nelle emissioni piuttosto che nei depositi; ciò è coerente con le ipotesi formulate in Tabella 3, che prevedono, per lo scenario di mitigazione, un serie di provvedimenti (riduzione della carica, incremento dell efficienza nel recupero End-of-Life ecc.) in grado FIGURA 5 - Confronto tra lo scenario BAU e lo scenario Mitigation per le Emissioni FIGURA 6 - Confronto tra lo scenario BAU e lo scenario Mitigazione per i Depositi 72

6 68_TER_lug_messineo :07 Pagina 73 di intervenire principalmente sulle emissioni anziché sui depositi. La ricerca IPCC/TEAP afferma, inoltre, che nel 2015 secondo lo scenario BAU le emissioni di HFC rappresenterebbero il 7% di tutti i gas ad effetto serra, nello specifico Mt CO 2 eq./anno contro con i Mt CO 2 eq./anno. Essendo questo valore decisamente troppo alto, la IPCC/TEAP ritiene che si possano e si debbano ridurre ulteriormente le emissioni di HFC del 60% (scenario di mitigazione). La relazione prende infine in considerazione i costi di riduzione delle emissioni, a seconda delle varie applicazioni. Nello specifico tali costi variano in un range compreso tra i 0 e i 300 dollari USA per tonnellata di riduzione di emissione di CO 2. Se consideriamo un costo medio di 50 dollari USA per tonnellata di CO 2, il costo totale della riduzione delle emissioni per la refrigerazione e il condizionamento (dei veicoli e negli edifici), secondo lo scenario di riduzione sarebbe di 36 miliardi di dollari (720 Mt CO 2 eq. moltiplicati per 50 dollari per tonnellata di CO 2 ). Sorge a questo punto un lecito dubbio, l industria intraprenderà mai un investimento così oneroso? Conclusioni I cambiamenti climatici sono di cruciale importanza per la sopravvivenza del nostro pianeta. Sulla base delle precedenti considerazioni è plausibile ritenere che, nei diversi settori della refrigerazione, le priorità da considerare per evitare ingenti danni all ambiente sono: obiettive valutazioni e adeguate promozioni di quelle iniziative che inducono minori emissioni di gas serra - dirette e indirette - durante tutto il ciclo di vita (progetto, costruzione, funzionamento e smaltimento) delle apparecchiature usando il concetto della LCCP; di massima importanza, all interno di questi processi, sono il contenimento e la riduzione dei consumi energetici; accurata scelta del fluido frigorigeno ed ottimizzazione di ciascun componente del sistema e la manutenzione di ogni parte dell impianto; adeguata formazione dei tecnici frigoristi anche attraverso la formazione continua con relativa certificazione del loro aggiornamento professionale; ciò è ancor più necessario a causa dei rapidi cambiamenti nel settore della refrigerazione; registrazione accurata e monitoraggio continuo delle emissioni di gas serra; la riduzione del divario tra i Paesi industrializzati e quelli in via di sviluppo in termini di disponibilità delle conoscenze, delle tecnologie e dei sistemi di formazione. Bibliografia [1] IPCC/TEAP, Special Report: Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System: Issues Related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocarbons, [2] Cavallini A., Camporese R., Progressi e Prospettive nella Sostituzione dei Fluidi Frigorigeni, AICARR, Giornata FREE 2005, Milano 15/11/2005. [3] Billiard F., Alcune Note sulle Emissioni dei Fluorocarburi CFC, HCFC e HFC, XI European Conference on Technologiocal Innovations in Air Conditioning and Refrigeration Industry, Milano [4] AICARR, Il Nuovo Regolamento Europeo Sui Fluidi Frigorigeni: Lettura Critica, Opzioni Tecnologiche e Scelte Industriali in un Mercato Globale, AICARR, Milano