OLTRE I GAS FLUORURATI
QUALE EVOLUZIONE SI PROSPETTA PER IL FUTURO?
Giovanni Camino
Politecnico di Torino
Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia
[email protected]
I gas fluorurati ad effetto serra
Nuove disposizioni e loro applicazione
2 ottobre 2012
Centro Congressi Torino Incontra
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
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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 = CCl2FCCl2F 134a = C2H2F4 or CF3‐CH2F
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PERCHE’ I GAS FLUORURATI ?
Inventati nel 1928
•Stabilità chimica e termica del legame C‐F
•Non infiammabili
•Non tossici per l’uomo
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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
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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:
O2 + uv ‐> O + O (160‐240 nm)
O + O2 + Catalizzatore ‐> O3 + OZOGENESI O3 + uv ‐> O2 + O OZONOLISI
EQUILIBRIO
Bassa concentrazione di Ozono per la protezione degli organismi viventi
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CFC Ozone Depleting Substances(ODS)
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Meccanismo a catena di distruzione dell’ozono
CFCl3 + UV Light ==> CFCl2 + Cl
Cl + O3 ==> ClO + O2
ClO + O ==> Cl + O2
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Ciclo della distruzione dell’ozono
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Conseguenze
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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»
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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: SF6
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Surriscaldamento climatico
«Global Warming Potential»
Global mean land‐ocean temperature change from 1880–2011, relative to the 1951–1980 mean. The black line is the annual mean and the red line is the 5‐year running mean. The green bars show uncertainty estimates. I gas fluorurati ad effetto serra
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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
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Gas serra
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•
•
•
Gas serra principali, contributo all’effetto serra:
H2O vapore (36‐70%)
CO2 (9‐26%)
Ozono (3‐7%)
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«Global Warming Potential» da F‐gases I gas fluorurati ad effetto serra
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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
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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
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GWP dei F‐Gases
• Riferimento: CO2: GWP = 1
• Periodo: 20, 100, 500 anni
• GWP elevato:
 HFC 140 a 7,000  PFC 6,000 a 9,000  SF6 23,900
• Contributo al cambiamento climatico anche perchè
la produzione richiede più energia rispetto alle alternative I gas fluorurati ad effetto serra
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APPLICAZIONI F‐Gases
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Alternative ai F‐Gases
PARAMETRI da valutare
•ODP
•GWP del prodotto
•GWP del processo (Consumo di energia)
•Tossicita’
•LCA
•Sicurezza I gas fluorurati ad effetto serra
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Gas Fluorurati di IV generazione
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HFO
• HFO 1234yf : CF3CF=CH2
• HFO 1234ze (E): CF3CH=CHF
Molto reattivi con radicali •OH dell’atmosfera: Vita breve
GWP a 100 anni
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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
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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 I gas fluorurati ad effetto serra
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NON ALOGENATI
• CO2
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
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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
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RIFERIMENTI
1. German Federal Environment Agency, «Avoiding Fluorinated Greenhouse Gases. Prospects for Phasing Out, ISSN 1862‐4359
2. Technology Strategy Map 2009: “Measures to Promote
the Use of Non‐fluorinated Gases”
2010 International Symposium on Next‐generation Air Conditioning and Refrigeration Technology,
17 – 19 February 2010, Tokyo, Japan
RINGRAZIAMENTI
Dott. Mario Visca, Esperto prodotti fluorurati, Alessandria
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