OLTRE I GAS FLUORURATI QUALE EVOLUZIONE SI PROSPETTA PER IL FUTURO? Giovanni Camino

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Modesto Fedele
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1 OLTRE I GAS FLUORURATI QUALE EVOLUZIONE SI PROSPETTA PER IL FUTURO? Giovanni Camino Politecnico di Torino Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia giovanni.camino@polito.it

2 COSA SONO I «GAS FLUORURATI» Composti gassosi con: Carbonio (C), Fluoro (F) (Idrogeno (H), Cloro Cl), Bromo (Br) ) CFC: Contengono C, F, Cl(Br) HCFC: Contengono: C, F, Cl(Br), H

3 NOMENCLATURA DIN 8960 [DIN 1998] Prefisso: Freon (Du Pont), R (Refrigerante), CFC, HCFC Numerazione: XYZ(Br)w Struttura chimica X=n C 1, Y=n H+1, Z=n F, Cl per differenza, w = posizione sostituzione Es.: Freon 112, R 112, CFC 112 = CCl 2 FCCl 2 F 134a = C 2 H 2 F 4 or CF 3 CH 2 F

C 1, Y=n H+1, Z=n F, Cl per differenza, w = posizione sostituzione Es.

4 PERCHE I GAS FLUORURATI? Inventati nel 1928 Stabilità chimica e termica del legame C F Non infiammabili Non tossici per l uomo

5 APPLICAZIONI Sviluppati per sistemi refrigeranti, condizionatori fissi e auto Pulizia superficie (semiconduttori, parti di precisione) Agenti schiumogeni per materiali polimerici cellulari Propellenti per aerosol spray

(semiconduttori, parti di precisione) Agenti

6 BUCO DELL OZONO 1974 Identificazione del meccanismo di distruzione dell ozono da parte dei CFC (Premio Nobel per la Chimica 1995) Equilibrio dell ozono nella stratosfera: O 2 + uv > O + O ( nm) O + O 2 + Catalizzatore > O 3 + OZOGENESI O 3 + uv > O 2 + O OZONOLISI EQUILIBRIO Bassa concentrazione di Ozono per la protezione degli organismi viventi

+ uv > O + O (160 240 nm) O + O 2 + Catalizzatore > O 3 + OZOGENESI O 3 + uv > O 2 + O

7 CFC Ozone Depleting Substances(ODS)

8 Meccanismo a catena di distruzione dell ozono CFCl3 + UV Light ==> CFCl2 + Cl Cl + O3 ==> ClO + O2 ClO + O ==> Cl + O2

9 Ciclo della distruzione dell ozono

10 Conseguenze

11 Alternative ai CFC 1987 Protocollo di Montreal sulle sostanze che riducono la concentrazione dell ozono nella stratosfera Sviluppo di composti alternativi Tre composti alternativi risultarono «gas ad effetto serra»

nella stratosfera Sviluppo di composti alternativi

12 EFFETTO SERRA GLOBAL WARMING POTENTIAL (GWP) 1997 Protocollo di Kyoto per controllare l emissione di gas serra F Gases: Fluoroidrocarburi: contenenti C, H, F (HFC) Idrocarburi perfluorurati. Contenenti C, F (PFC) Esafluoruro di zolfo: SF 6

serra F Gases: Fluoroidrocarburi: contenenti C, H, F (HFC)

13 Surriscaldamento climatico «Global Warming Potential» Global mean land ocean temperature change from , relative to the mean. The black line is the annual mean and the red line is the 5 year running mean. The green bars show uncertainty estimates.

14 Global Warming Potential Effetto serra Effetto serra Assorbimento e riemissione di radiazioni IR da parte di gas nell atmosfera che scalda la parte bassa dell atmosfera e la superficie della Terra proposta da J. Fourier, 1828 studiata quantitativamente da S. Arrhenius, 1896

scalda la parte bassa dell atmosfera e la superficie della Terra

15 Gas serra Gas serra principali, contributo all effetto serra: H 2 O vapore (36 70%) CO 2 (9 26%) Ozono (3 7%)

17 «Global Warming Potential» da F gases

23 Struttura chimica Effetto serra 50% della luce solare raggiunge il suolo Riemissione parziale in IR (1 100 µ) CALORE Gas serra: Assorbono ed emettono in IR GWP Struttura Stabilità chimica (luce e calore) Chimica

24 Effetto serra dei F Gases Molti dei Composti Fluorurati hanno: Forti assorbimenti nell IR dove altri componenti dell atmosfera non mostrano alcun assorbimento («finestra atmosferica») Vita atmosferica lunga (es. 1.4 anni per HFC 152a) o molto lunga (es. 50,000 anni per CF4) FORTE EFFETTO SERRA ELEVATO GWP

25 GWP dei F Gases Riferimento: CO 2 : GWP = 1 Periodo: 20, 100, 500 anni GWP elevato: HFC 140 a 7,000 PFC 6,000 a 9,000 SF 6 23,900 Contributo al cambiamento climatico anche perchè la produzione richiede più energia rispetto alle alternative

26 APPLICAZIONI F Gases

27 Alternative ai F Gases PARAMETRI da valutare ODP GWP del prodotto GWP del processo (Consumo di energia) Tossicita LCA Sicurezza

28 Gas Fluorurati di IV generazione

29 HFO HFO 1234yf : CF 3 CF=CH 2 HFO 1234ze (E): CF 3 CH=CHF Molto reattivi con radicali OH dell atmosfera: Vita breve GWP a 100 anni

30 Caratteristiche delle HFO HFO 1234yf sviluppato come alternativa a HFC 134a per i condizionatori d aria nelle auto HFO 1234yf e HFO 1234ze (E) vasto potenziale applicativo Tossicità: Profili tossicologico secondo OECP dichiarato sicuro nelle applicazioni previste Infiammabilità moderata

31 APPLICAZIONI DELLE HFO Condizionamento d aria automobilistico Valutazione positiva da consorzio di produttori di automobili con patrocinio SAE ( Society of Automobile Engineers) e in Giappone dal consorzio JAMA JAPIA per la sostituzione del 134a (proibito nelle auto in Europa dal 2011) con dell HFO 1234yf Refrigerazioni vetrine e espositori Miglioramenti di rese ed efficienza con leggere modifiche dell impianto Frigoriferi domestici Temperature di scarico inferiori, maggiore durata del compressore Chiller centrifughi Uguaglia il 134a con modifiche dell impianto Espansi e aerosol Sostituisce il 134a, proibito dal 2008

32 NON ALOGENATI CO 2 Refrigerazione o gas espandente Non combustibile, non tossico, inodore, stabile PROPANO/ISOBUTANO/BUTANO In miscela: propellenti per spray Singoli: refrigerazione Altamente infiammabili, non tossici, inodori PENTANO Agente rigonfiante Altamente infiammabile, miscele esplosive con aria, effetto narcotico, liquido irritante occhi e pelle

33 NON ALOGENATI AMMONIACA Sistemi refrigeranti Odore pungente (5 ppm), irritante, tossica, poco infiammabile DIMETIL ETERE Propellente per spray Altamente infiammabile, non tossico AZOTO Compresso in spray, estintori Non combustibile, non tossico

35 RIFERIMENTI 1. German Federal Environment Agency, «Avoiding Fluorinated Greenhouse Gases. Prospects for Phasing Out, ISSN Technology Strategy Map 2009: Measures to Promote the Use of Non fluorinated Gases 2010 International Symposium on Next generation Air Conditioning and Refrigeration Technology, February 2010, Tokyo, Japan RINGRAZIAMENTI Dott. Mario Visca, Esperto prodotti fluorurati, Alessandria

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