Le nanoparticelle possono ridurre il consumo energetico di frigoriferi, congelatori e climatizzatori

Il consumo energetico di un frigorifero domestico può essere ridotto del 29% migliorando al contempo la capacità di raffreddamento. I ricercatori hanno sostituito il refrigerante R134a ampiamente utilizzato ma ecologico, con il R600a più efficiente dal punto di vista energetico. Hanno dosato R600a con nanoparticelle di nanotubi di carbonio a parete multipla (Mwcnt); un ingegnere dell’Università di Johannesburg, ha detto che è possibile la sostituzione diretta del refrigerante da parte di tecnici qualificati.
Il test di refrigeranti dosati con nanoparticelle è il primo nel suo genere, recentemente è stato pubblicato su Energy Reports. I risultati possono aiutare a rendere la refrigerazione domestica più accessibile per le famiglie a basso reddito.
R134a è uno dei refrigeranti più utilizzati nei frigoriferi domestici e industriali. È sicuro per molte applicazioni perché non è infiammabile, tuttavia, ha un elevato potenziale di riscaldamento globale, contribuendo al cambiamento climatico. Inoltre, fa sì che frigoriferi, congelatori e apparecchiature di condizionamento consumino molta energia elettrica. Il consumo di energia contribuisce ancora di più ai cambiamenti climatici.
Il refrigerante più efficiente dal punto di vista energetico può ridurre il costo delle bollette elettriche per le famiglie vulnerabili, di conseguenza la sicurezza energetica può essere migliorata. L’efficientamento dell’economia energetica e la gestione dal lato della domanda possono anche favorire i pianificatori delle utility elettriche, poiché il raffreddamento rappresenta circa il 40% della domanda di energia.

Le nanoparticelle migliorano la riduzione di potenza
I nano refrigeranti ecologici sono stati realizzati con acqua e glicole etilenico, precedenti studi hanno dimostrato un ridotto consumo di energia nella nano-refrigerazione, dove i refrigeranti sono stati dosati con nanoparticelle di nanotubi di carbonio a parete multipla (Mwcnt). Le nanoparticelle inoltre hanno ridotto l’attrito e l’usura dei compressori di vapore degli apparecchi. Ricerche precedenti non hanno testato gli effetti dei Mwcnt sui refrigeranti a idrocarburi come il R600a.
I ricercatori dell’Università di Johannesburg in un recente studio hanno testato la sostituzione del refrigerante ecologico R134a, in un frigorifero domestico prodotto per funzionare con 100g R134a. Hanno sostituito R134a con il refrigerante R600a più efficiente dal punto di vista energetico, dosato con nanoparticelle Mwcnt.

Riduce il consumo di elettricità di oltre un quarto
I ricercatori hanno rimosso il refrigerante R134a e l’olio del compressore da un frigorifero domestico. Hanno usato un nuovo refrigerante, R600a, e lo hanno dosato con nanotubi di carbonio a parete multipla (Mwcnt). L’olio minerale è stato usato come lubrificante. Il nuovo mix è stato immesso nel frigorifero e sono stati condotti test delle prestazioni. Hanno scoperto che il refrigerante R600a-Mwcnt ha prodotto migliori prestazioni e capacità di raffreddamento per il frigorifero.
Daniel Madyira del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Johannesburg, ha detto:
«Il frigorifero si è raffreddato più velocemente, dopo 150 minuti aveva una temperatura di evaporazione molto più bassa di -11° C, temperatura inferiore a – 8° C per R134a. Inoltre ha superato lo standard ISO 8187, che richiede -3° C a 180 minuti. L’utilizzo dell’elettricità è diminuito del 29% rispetto all’utilizzo del R134a. Si tratta di un significativo aumento dell’efficienza energetica per gli utenti di frigoriferi, in particolare per i lavoratori a basso reddito. I nanotubi di carbonio a parete multipla (Mwcnt) devono avere una dimensione delle particelle su scala nanometrica, che è estremamente piccola. Le particelle devono anche ridurre l’attrito e l’usura, prevenire la corrosione, l’intasamento e presentare un’ottima conducibilità termica. La scelta delle nanoparticelle Mwcnt è fondamentale per ottenere questi vantaggi».

Gestione dell’infiammabilità
La nuova miscela di refrigeranti presenta tuttavia un potenziale rischio, R600a a differenza di R134a è infiammabile. D’altra parte, è più efficiente dal punto di vista energetico e ha un basso potenziale di riscaldamento globale, alcuni produttori di frigoriferi hanno già adottato la produzione con R600a, questi apparecchi sono disponibili sul mercato.
Daniel Madyira ha detto:
«In un frigorifero domestico per effettuare una sostituzione sicura non utilizzare più di 150 g di R600a. Il frigorifero prima della sostituzione utilizzava 100 g di gas R134a. Lo abbiamo sostituito con 50-70 g di R600a, per rimanere entro i parametri di sicurezza. La persona inesperta non dovrebbe tentare questo tipo di sostituzione, piuttosto, dovrebbe farlo un tecnico specializzato in refrigerazione o un tecnologo».

Procedura di sostituzione
L’olio minerale è utilizzato come olio per compressori, questo dovrebbe essere miscelato con la concentrazione raccomandata. Daniel Madyira ha aggiunto:
«Per agitare e omogeneizzare gli ingredienti nella miscela sono necessari un agitatore magnetico e un ultrasonicatore. La miscela in seguito può essere introdotta nel compressore, successivamente nel compressore del frigorifero può essere caricato il refrigerante R600a, facendo attenzione a non utilizzare più di 150 g di gas».

Importanza del refrigerante
Il refrigerante molto più efficiente dal punto di vista energetico, come il mix R600a-Mwcnt, può far risparmiare molto denaro ai consumatori. Le famiglie vulnerabili nei climi caldi nei paesi in via di sviluppo possono trarne maggiori benefici
I lavoratori a basso reddito in molti paesi dipendono dai frigoriferi e dai congelatori domestici per conservare in sicurezza gli alimenti sfusi, questi apparecchi non sono più un lusso ma una necessità. Riducono notevolmente il rischio di sprecare cibo a causa del deterioramento o di avvelenamento da cibo determinato da una conservazione non corretta degli alimenti. Le persone senza frigoriferi potrebbero essere costrette ad acquistare quotidianamente cibo in piccole quantità e a prezzi più elevati. Eliminando l’acquisto quotidiano, anche i tempi di viaggio e i costi per l’acquisto di cibo possono essere molto più bassi.
La refrigerazione consente inoltre di immagazzinare in modo sicuro prodotti alimentari più diversificati, come frutta e verdura fresca. I medicinali che richiedono il raffreddamento possono essere conservati a casa. Ciò può rendere più bilanciate le diete e l’alimentazione, e una migliore salute fisica, più accessibili per una famiglia a basso reddito.

L’energia di rete domina ancora la refrigerazione a basso reddito
In termini di sostenibilità, può sembrare preferibile gestire la maggior parte dei frigoriferi e dei congelatori di casa con l’energia solare, tuttavia nelle aree servite dalle aziende elettriche, i pannelli solari, le batterie di backup e i frigoriferi a corrente continua (DC) sono ancora troppo costosi per la maggior parte delle famiglie a basso reddito.
I frigoriferi a corrente alternata (AC) a basso consumo energetico che funzionano con l’energia di rete possono essere più convenienti per la maggior parte delle famiglie, un’ulteriore riduzione del consumo energetico con il refrigerante R600a-Mwcnt può ridurre maggiormente i costi.

Refrigerazione per tutti contro la gestione della domanda
Visto che sempre più famiglie e piccole imprese a basso reddito accendono frigoriferi, congelatori e aria condizionata alimentati dalla rete, la domanda di energia elettrica deve essere meglio gestita. L’ente statale per l’energia elettrica in Sudafrica, dove è stato condotto lo studio, si trova ad affrontare enormi sfide per soddisfare la domanda in modo coerente. La riduzione di oltre un quarto del consumo di energia elettrica di frigoriferi, congelatori e condizionatori d’aria può liberare la fornitura di energia elettrica nazionale per una maggiore sicurezza energetica.

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Pino Silvestri

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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