​Refrigerantes naturales, ¡en crecimiento continuo!

La pregunta ya no es si utilizar refrigerantes naturales o no, sino qué refrigerante natural utilizar. ¿Propano o CO₂ en refrigeración comercial?  ¿Amoníaco o CO₂ en aplicaciones industriales? ¿Propano, amoniaco o CO₂ para bombas de calor? 

El uso de refrigerantes naturales está creciendo a un ritmo frenético, mientras que las nuevas innovaciones permiten usar diferentes refrigerantes naturales en aplicaciones donde nunca antes se habían utilizado. La autora ofrece en estas páginas sus conclusiones tras asistir a la segunda edición del Virtual Trade Show (VTS) organizado recientemente por Shecco.

Antes de comenzar, no puedo dejar de mencionar que en la semana en la que estoy escribiendo este artículo, Estados Unidos y China se han comprometido a implementar la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal. El compromiso de dos de los principales productores y usuarios de HFCs representa muchos pasos hacia la eliminación gradual de estos refrigerantes y la implementación de soluciones con refrigerantes naturales.

Centrándome ahora en el evento VTS, el resumen de los temas que se discutieron se divide en tres partes: la primera se refiere al futuro y por qué los refrigerantes naturales podrían ser la única solución para el enfriamiento sostenible. 

La segunda describe el estado de la investigación actual en las tecnologías para distintos tipos de refrigerantes naturales. Y la tercera parte trata sobre la evolución de estos refrigerantes, con algunos ejemplos de cómo ha crecido su uso en los últimos 15 años.

Reflexionar sobre el futuro, el presente y el pasado de los refrigerantes naturales puede ayudar a comprender cómo está creciendo su uso y cómo evolucionan las tecnologías.

¿Son los refrigerantes naturales la única forma de garantizar un enfriamiento sostenible?

Un total de 119 países (de 197) ya han ratificado y/o aceptado la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal y, según Ilana Koegelenberg de Shecco, muchos más se unirán este año. Tarde o temprano, los refrigerantes de bajo GWP se convertirán en la única (o predominante) opción en todo el mundo.

Hasta ahora, la única alternativa de bajo GWP disponible a los refrigerantes naturales es la nueva clase de refrigerantes sintéticos: HFOs. Durante su presentación en el VTS, Arno Kaschl, de la Comisión Europea, reconoció que hay algunos sectores en los que los HFOs han ayudado a eliminar gradualmente los HFC.  

Sin embargo, también mencionó que hay varias investigaciones en curso para comprender los posibles efectos negativos de estos refrigerantes en el medio ambiente, lo cual se detalló en las presentaciones de otros ponentes. Por ejemplo, Koegelenberg especificó que el ácido trifluoroacético (TFA) puede potencialmente causar lluvia ácida y que la exposición a largo plazo a refrigerantes HFO podría dañar la función hepática y tiroidea en humanos. 

Por otro lado, Tim Grabiel de EIA y Andreas Meier de TEKO señalaron que la fabricación de HFO es muy compleja. Específicamente, Meier describió cómo el proceso de síntesis es de múltiples etapas y produce intermedios con un alto impacto climático.

Tendremos que esperar a ver los resultados de los estudios sobre los efectos de los refrigerantes HFO en el medio ambiente y cómo actuarán las instituciones en términos de normativa. Mientras tanto, se están revisando las regulaciones F-gas y, con suerte, veremos una propuesta alineada con la enmienda de Kigali para fines de este año y una versión final en 2023, según lo declarado por Kaschl. El contenido de la nueva normativa será clave para comprender qué refrigerantes se utilizarán en los próximos años en Europa.

Diferentes enfoques para diferentes refrigerantes

Está claro que el uso de refrigerantes de bajo GWP debe ir acompañado de soluciones de alta eficiencia que ayuden a reducir también las emisiones indirectas de CO₂. “La eficiencia es clave”, señaló Koegelenberg. 

De hecho, durante mi presentación especifiqué que de las 210 a 460 Gt de emisiones de CO₂ que se pueden evitar en las próximas cuatro décadas eliminando los refrigerantes HFC y mejorando la eficiencia del sistema, tres cuartas partes provendrían de la mejora en la eficiencia. 

Además, la proporción de energía utilizada para la refrigeración representa una parte significativa del total. Por ejemplo, en Alemania alrededor del 19% de la energía total se utiliza en procesos de refrigeración, como indicó Thomas Frank de Refolution Industriekälte.

Actualmente, el desarrollo de tecnologías de refrigerantes naturales tiene un enfoque diferente en función de los principales inconvenientes de cada refrigerante, siempre con el objetivo de mantener o aumentar el rendimiento del sistema.

El principal objetivo de la innovación tecnológica del CO₂ es, de hecho, aumentar la eficiencia. La recuperación de calor es uno de los métodos que ayudan a ello: “la mejor forma de utilizar el CO₂ es aprovechar al máximo el calor producido”, explicó Wynand Groenewald, de FGN. En concreto, se especificaron cuatro usos diferentes: agua caliente sanitaria, lavado, calefacción de espacios y calefacción por suelo radiante. 

Esto se debe a las diferentes temperaturas que alcanza el CO₂ supercrítico desde la compresión hasta la expansión en un ciclo transcrítico. Evidentemente, para recuperar el calor es necesario el uso de intercambiadores de calor con diferentes funciones, como destacó Alessio Fadini de Alfa Laval.

Por otra parte, mi compañero Matteo Dal Corso presentó un ejemplo de un sistema de central de compresores de CO₂ con recuperación de calor que también incluye otras tecnologías de ahorro de energía, como compresión paralela, eyectores y enfriamiento evaporativo.

Desde un punto de vista práctico, se están consiguiendo buenos resultados con sistemas de CO₂. En este sentido, Jeffrey Carlson mostró un ejemplo de dos tiendas en Minnesota, una con CO₂ y otra con un HFC, donde el ahorro de energía anual es del 22% cuando se usa CO₂ en comparación con un HFC. Estos resultados pueden extender el uso de CO₂ a sistemas más pequeños. 

De hecho, Britta Paetzold, de HEAT, señaló que la recuperación de calor ofrece un alto potencial de ahorro de energía para las tiendas con un área inferior a 400 m² que utilizan sistemas centralizados, como ya se utiliza ampliamente (>70%) en las tiendas de más de 400 m² de superficie.

Claramente, el desarrollo de tecnologías de CO₂ está dando pasos de gigante y muy probablemente también se utilizarán en nuevas aplicaciones. Quizás Gustav Lorentzen tenía razón cuando dijo que “el CO₂ está lo más cerca posible de ser el refrigerante ideal”, como lo ilustró Giacomi Pisano, de Dorin, al final de su presentación.

Los estudios sobre el amoníaco se están moviendo en la dirección de reducir la carga de refrigerante, lo que posiblemente extenderá su uso a más aplicaciones. Sobre este tema, José Expósito, de Intarcón, presentó una solución para una enfriadora compacta donde la carga puede ser tan baja como 70 g/kW de capacidad frigorífica, sin necesidad de una sala de equipos debido a la inclusión del armario eléctrico en el sistema. 

La solución incluye un compresor semihermético, que reduce la posibilidad de fugas, un intercambiador de calor de placas de doble pared (DW) para evitar la posibilidad de mezcla entre amoníaco y agua, y acero inoxidable para evitar el óxido en el sistema.

En lo que respecta al propano, muchas de las soluciones presentadas se centraron en los sistemas waterloop, que permiten reducir la carga de refrigerante y, por lo tanto, facilitan el cumplimiento de las normas de seguridad. Este tipo de sistema también es ideal para la recuperación de calor, evitando el uso de otras fuentes de calor, como apuntó Collin Bootsveld, de Colruyt Group.

Javier Cano, de Intarcón, enumeró algunas de las ventajas de tener una unidad plug & play: sistema hermético precargado con refrigerante, probado y configurado en fábrica, y con conexiones de agua mediante tubería de plástico. 

Por su parte, mi compañero Marco Fusca presentó una solución para sistemas waterloop, HEOS, que puede lograr un alto rendimiento gracias a la modulación continua. Richard Taylor de Pick n Pay mencionó que este tipo de sistema se está utilizando en algunas tiendas de Pick n Pay en Sudáfrica.

Creciendo, creciendo, creciendo…

El número de sistemas con refrigerantes naturales ha crecido en los últimos 15 años, con un gran aumento de velocidad en los últimos cinco, como destacaron varios usuarios finales y otros ponentes durante VTS. Taylor lo llamó el “camino hacia los refrigerantes naturales” y describió la historia de Pick n Pay, desde tres tiendas con sistemas de amoníaco glicol en 2008/9 hasta las nuevas 34 tiendas de CO₂ transcrítico previstas para este año. 

Olaf Schulz, de Metro Ag, especificó que ya han instalado 121 tiendas de CO₂ transcrítico y se esperan más de 20 más en 2021. Dario Ferlin, de Woolworths, también habló sobre su historia con el CO₂, con la primera tienda abierta en 2006, que consistió en un sistema con dos ciclos de CO₂, a un total de más de 350 CO₂/R-134a más 39 con CO₂ transcrítico.

En cuanto al amoníaco de baja carga, Koegelenberg mostró que en 2019 ya se habían instalado 2.200 sistemas en Europa, 870 en Japón y 530 en EE.UU.

Fue interesante conocer también el escenario actual en Asia Pacífico, mostrado por Jan Dusek, de Shecco, quien especificó que se estima que hay más de un millón de máquinas expendedoras que utilizan el hidrocarburo R-600a y más de siete millones de calentadores de agua con bomba de calor y refrigerante natural en Japón, así como más de 270.000 acondicionadores de aire de sala y cientos de miles de sistemas enchufables con hidrocarburos en China.

Cuando finaliza un evento como VTS, uno se pregunta cuánto aumentará el uso de refrigerantes naturales hasta el próximo evento... Tenemos el privilegio de estar viviendo esta transición histórica del sector HVAC/R, que no solo implica un cambio de refrigerante sino un nuevo enfoque en el que la innovación está jugando un papel muy importante.

Texto de Miriam Solana, HVAC/R Technical Knowledge Specialist de Carel.