30 maggio 2020 (Notizie Nanowerk) Il consumo energetico di un frigorifero domestico può essere ridotto del 29% migliorando la capacità di raffreddamento. I ricercatori hanno sostituito il refrigerante R134a, ampiamente utilizzato ma non rispettoso dell'ambiente, con il refrigerante R600a più efficiente dal punto di vista energetico. Hanno dosato l'R600a con nanotubi di carbonio a pareti multiple (MWCNT). La sostituzione immediata del refrigerante sul campo da parte di tecnici qualificati è possibile, afferma un ingegnere dell'Università di Johannesburg. Questo test sui refrigeranti con dosaggio MWCNT è il primo nel suo genere e recentemente pubblicato in Rapporti sull'energia ("Valutazione delle prestazioni energetiche del nanolubrificante R600a / MWCNT come sostituto immediato dell'R134a nel sistema frigorifero domestico"), una rivista ad accesso aperto. I risultati possono aiutare a rendere la refrigerazione domestica più accessibile alle famiglie a basso reddito. L'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, che contribuisce al cambiamento climatico. Inoltre, i frigoriferi, i congelatori e le apparecchiature di condizionamento consumano molta energia elettrica. Il consumo di energia contribuisce ancora di più al cambiamento climatico. Nel frattempo, un refrigerante più efficiente dal punto di vista energetico può comportare bollette elettriche molto più basse. Per le famiglie vulnerabili, la sicurezza energetica può essere migliorata di conseguenza. Una migliore economia energetica e una migliore gestione dal lato della domanda possono anche avvantaggiare i pianificatori delle aziende elettriche, poiché il raffreddamento rappresenta circa il 40% della domanda energetica. I nanotubi di carbonio possono ridurre il consumo di energia dei dispositivi di raffreddamento come frigoriferi, congelatori e condizionatori d'aria in modo sostanziale. In un test di sostituzione del refrigerante drop-in, i ricercatori dell'Università di Johannesburg hanno osservato una riduzione del 29% del consumo di elettricità in un frigorifero domestico. L'R134a, dannoso per l'ambiente, è stato sostituito da una miscela di R600a e olio minerale più efficienti dal punto di vista energetico, dosati con nanotubi di carbonio a pareti multiple (MWCNT). (Immagine: Taiwo O. Babarinde, University of Johannesburg)

I nanotubi di carbonio migliorano la riduzione della potenza

I refrigeranti nano eco-compatibili sono stati realizzati con acqua e glicole etilenico. Studi precedenti hanno mostrato un consumo energetico ridotto nella nano-refrigerazione, dove venivano dosati i refrigeranti nanotubi di carbonio a pareti multiple (MWCNT). I nanotubi hanno inoltre ridotto l'attrito e l'usura dei compressori di vapore degli apparecchi. Ma la ricerca precedente non ha testato gli effetti dei MWCNT sui refrigeranti idrocarburi come l'R600a. In un recente studio, i ricercatori dell'Università di Johannesburg hanno testato la sostituzione immediata del refrigerante ecologico R134a, in un frigorifero domestico fabbricato per funzionare con 100 g di R134a. Hanno sostituito l'R134a con il refrigerante più efficiente dal punto di vista energetico R600a, dosato con MWCNT.

Riduce il consumo di elettricità di oltre un quarto

I ricercatori hanno rimosso il refrigerante R134a e il suo olio per compressori da un frigorifero domestico. Hanno usato un nuovo refrigerante, R600a, e lo hanno dosato con nanotubi di carbonio a pareti multiple (MWCNT). L'olio minerale è stato utilizzato come lubrificante. La nuova miscela è stata introdotta nel frigorifero e sono stati condotti test di prestazione. Hanno scoperto che il refrigerante R600a-MWCNT ha portato a prestazioni e capacità di raffreddamento molto migliori per il frigorifero. “Il frigorifero si è raffreddato più velocemente e aveva una temperatura di evaporazione molto più bassa di -11 gradi Celsius dopo 150 minuti. Questo era inferiore ai -8 gradi Celsius per R134a. Inoltre ha superato lo standard ISO 8187, che richiede -3 gradi Celsius a 180 minuti ", afferma il dott. Daniel Madyira. La dott.ssa Madyira è del Dipartimento di Scienze dell'Ingegneria Meccanica dell'Università di Johannesburg. “Il consumo di elettricità è diminuito del 29% rispetto all'utilizzo di R134a. Si tratta di un significativo aumento dell'efficienza energetica per gli utenti di frigoriferi, soprattutto per i lavoratori a basso reddito ", aggiunge. Per ottenere questi vantaggi, la scelta dei MWCNT è fondamentale, afferma. “La necessità del MWCNT di avere dimensioni delle particelle su scala nanometrica, che è estremamente piccola. Le particelle devono anche ridurre l'attrito e l'usura, prevenire la corrosione e l'intasamento e mostrare un'ottima conduttività termica ", afferma il dott. Madyira.

Gestire l'infiammabilità

Tuttavia, la nuova miscela di refrigerante introduce un potenziale rischio. A differenza dell'R134a, l'R600a 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 e questi apparecchi sono disponibili sul mercato. "Per fare una sostituzione immediata, non più di 150 g di R600a dovrebbero essere usati in un frigorifero domestico", afferma il dott. Madyira. “Prima della sostituzione, il frigorifero utilizzava 100 g di gas R134a. L'abbiamo sostituito con 50 g a 70 g di R600a, per rimanere entro i parametri di sicurezza ". Una persona inesperta non dovrebbe tentare questa sostituzione immediata, afferma la dott.ssa Madyira. Piuttosto, dovrebbe farlo un tecnico o un tecnico della refrigerazione qualificato.

Procedura di sostituzione

“L'olio minerale viene utilizzato come olio del compressore. Questo dovrebbe essere miscelato con la concentrazione raccomandata. Sono necessari un agitatore magnetico e un ultrasuoni per agitare e omogeneizzare gli ingredienti nella miscela. La miscela può quindi essere introdotta nel compressore. Dopodiché, l'R600a può essere caricato nel compressore del frigorifero, facendo attenzione a non utilizzare più di 150 g di gas ", afferma il dott. Madyira. Un refrigerante molto più efficiente dal punto di vista energetico, come la miscela R600a-MWCNT, può far risparmiare un sacco di soldi ai consumatori. Le famiglie vulnerabili nei climi caldi nei paesi in via di sviluppo possono trarne ancora più vantaggio. I lavoratori a basso reddito in molti paesi dipendono da frigoriferi e congelatori domestici per conservare in sicurezza le scorte di cibo sfuso. Ciò riduce notevolmente il rischio di spreco di cibo a causa del deterioramento o di intossicazione alimentare a causa di cibo conservato in modo improprio. Questi elettrodomestici non sono più un lusso ma una necessità, afferma il dottor Madyira. Senza frigorifero, le persone potrebbero essere costrette ad acquistare quotidianamente cibo in piccole quantità ea prezzi molto più alti. Poiché l'acquisto quotidiano potrebbe non essere più necessario, anche i tempi di viaggio e i costi per l'acquisto di cibo possono essere molto inferiori. La refrigerazione consente anche di conservare in modo sicuro scorte alimentari più diverse, come frutta e verdura fresca. I medicinali che richiedono raffreddamento possono essere conservati a casa. Ciò può rendere diete e nutrizione più equilibrate e una migliore salute fisica più accessibili per una famiglia a basso reddito.

La rete elettrica è ancora la regola per la refrigerazione a basso reddito

Da un punto di vista della sostenibilità, può sembrare preferibile far funzionare la maggior parte dei frigoriferi e congelatori domestici con l'energia solare. Tuttavia, i pannelli solari, le batterie di riserva e i frigoriferi a corrente continua (CC) sono ancora troppo costosi per la maggior parte delle famiglie a basso reddito nelle aree servite da utenze elettriche. I frigoriferi a corrente alternata (CA) efficienti dal punto di vista energetico alimentati dalla rete possono essere più convenienti per la maggior parte. L'ulteriore riduzione del consumo di energia con il refrigerante R600a-MWCNT può ridurre ulteriormente i costi.

Refrigerazione per tutti vs gestione lato richiesta

Poiché sempre più famiglie a basso reddito e piccole imprese accendono frigoriferi, congelatori e aria condizionata alimentati a rete, la domanda di energia deve essere gestita meglio. In Sud Africa, dove è stato condotto lo studio, l'azienda elettrica statale deve affrontare enormi sfide per soddisfare la domanda in modo coerente. I blackout a rotazione di lunga durata, noti come distacco del carico, sono stati implementati come misura di gestione dell'energia lato domanda. Ridurre più di un quarto del consumo energetico di frigoriferi, congelatori e unità di condizionamento d'aria può liberare l'alimentazione elettrica nazionale per una maggiore sicurezza energetica.

Fonte: https://feeds.nanowerk.com/~/625592702/0/nanowerk/agwb~Carbon-nanotubes-can-make-home-refrigeration-more-accessible-for-lowincome-households.php