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I gas fluorurati ad effetto serraNuove disposizioni e loro applicazione

2 ottobre 2012Centro Congressi Torino Incontra

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

Giovanni Camino

Politecnico di Torino Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia

[email protected]



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



Prefisso: Freon (Du Pont), R‐(Refrigerante), CFC‐, HCFC‐

Numerazione: XYZ(Br)w Struttura chimicaX=n°

C‐1, Y=n°

H+1, Z=n°

F, Cl per differenza,

w = posizione sostituzioneEs.: Freon 112, R‐112, CFC‐112 = CCl2

FCCl2

F 134a = C2

H2

F4

or CF3

‐CH2

F

NOMENCLATURA DIN 8960 [DIN 1998]



PERCHE’ I GAS FLUORURATI ?

Inventati nel 1928•Stabilità

chimica e termica del legame C‐F

•Non infiammabili•Non tossici per l’uomo



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



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



CFC Ozone Depleting Substances(ODS)



Meccanismo a catena di distruzione dell’ozono

CFCl3 + UV Light ==> CFCl2 + Cl

Cl + O3 ==> ClO + O2

ClO + O ==> Cl + O2



Ciclo della distruzione dell’ozono



Conseguenze



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»



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



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.



Global Warming Potential‐ Effetto serraEffetto 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



Gas serra

• Gas serra principali, contributo all’effetto serra:• H2

O vapore (36‐70%)• CO2

(9‐26%)• Ozono (3‐7%)



«Global Warming Potential» da F‐gases



• 50% della luce solare raggiunge il suolo• Riemissione parziale in IR (1‐100 µ) CALORE• Gas serra:

Assorbono ed emettono in IR GWP StrutturaStabilità

chimica (luce e calore) Chimica

Struttura chimica ‐ Effetto serra



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



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



APPLICAZIONI F‐Gases



Alternative ai F‐Gases

PARAMETRI da valutare•ODP•GWP del prodotto•GWP del processo (Consumo di energia)•Tossicita’•LCA•Sicurezza



Gas Fluorurati di IV generazione



HFO• HFO 1234yf : CF3

CF=CH2

• HFO 1234ze (E): CF3

CH=CHFMolto reattivi con radicali •OH dell’atmosfera: Vita breve

GWP a 100 anni



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



APPLICAZIONI DELLE HFO• Condizionamento d’aria automobilisticoValutazione 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 espositoriMiglioramenti di rese ed efficienza con leggere modifiche dell’impianto• Frigoriferi domesticiTemperature di scarico inferiori, maggiore durata del compressore• Chiller centrifughiUguaglia il 134a con modifiche dell’impianto• Espansi e aerosol Sostituisce il 134a, proibito dal 2008



NON ALOGENATI• CO2Refrigerazione o gas espandente Non combustibile, non tossico, inodore, stabile• PROPANO/ISOBUTANO/BUTANOIn miscela: propellenti per spraySingoli: refrigerazioneAltamente infiammabili, non tossici, inodori• PENTANOAgente rigonfianteAltamente infiammabile, miscele esplosive con aria,

effetto narcotico, liquido irritante occhi e pelle



NON ALOGENATI• AMMONIACASistemi refrigerantiOdore pungente (5 ppm), irritante, tossica, poco

infiammabile• DIMETIL ETEREPropellente per sprayAltamente infiammabile, non tossico• AZOTOCompresso in spray, estintoriNon combustibile, non tossico



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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