Tecnologia que permite reciclar gases de refrigeração

Um marco na colaboração científico-técnica

20 de outubro de 2021
Tecnologia que permite reciclar gases de refrigeração
O grupo de I&D KET4F-Gas, composto por 13 entidades parceiras e 6 associadas de universidades, empresas e administrações públicas em Espanha, França e Portugal, desenvolveu, após três anos de trabalho, dois sistemas TFE (Tecnologias Facilitadoras Essenciais) que permitem, pela primeira vez, a separação e recuperação de gases utilizados em sistemas de ar condicionado e refrigeração para a sua reutilização, tantas vezes quantas as necessárias.
Esta conquista é um marco na colaboração científico-técnica entre empresas, universidades e administrações públicas financiada pelo programa europeu INTERREG-SUDOE.

Do ponto de vista científico, a captura e regeneração de gases fluorados tem sido um verdadeiro desafio tecnológico, uma vez que as misturas de refrigerantes são frequentemente concebidas para se comportarem quase como compostos puros, a fim de melhorar a eficiência dos ciclos de refrigeração. Isto significa que os métodos tradicionais de separação, tais como a destilação, não são adequados para o seu tratamento.

A utilização de gases fluorados artificiais com efeito de estufa (gases F), em particular hidrofluorocarbonos (HFC), tem aumentado significativamente em aplicações de refrigeração e ar condicionado desde 1990. Estes refrigerantes de terceira geração são eficientes em termos energéticos, não tóxicos e têm baixos níveis de inflamabilidade sem causar o empobrecimento da camada de ozono. No entanto, são gases potentes com efeito de estufa (GEE), com um potencial de aquecimento global (PAG) 23000 vezes superior ao CO2 e têm uma vida útil atmosférica alargada de até 50.000 anos. Isto significa que pequenas concentrações atmosféricas destes gases F têm grandes efeitos sobre a temperatura global e, portanto, sobre as alterações climáticas.


O problema das emissões de gases fluorados

Embora as emissões de todos os outros GEE na UE tenham diminuído, as emissões de gases fluorados aumentaram. A contribuição dos gases F para o total dos GEE aumentou de 1,5% para 3,5% em Espanha, de 2% para 5% em França e de 0% para 5% em Portugal. As emissões atmosféricas de gases F ocorrem durante o ciclo de vida do equipamento, mas também durante o seu processo de fabrico e como consequência de resíduos não tratados. Atualmente, estima-se que quase 4 mil milhões de equipamentos de refrigeração estão a ser utilizados em todo o mundo. Este número pode aumentar para 14 mil milhões até 2050, como resultado do aumento da temperatura global. Sem acordos internacionais e sem aplicação de legislação a nível internacional, prevê-se que as emissões diretas e indiretas dos setores do ar condicionado e da refrigeração aumentem pelo menos 90% a partir dos níveis de 2017 até 2050.

No mercado europeu os refrigerantes mais utilizados são R-134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano) como gás puro, e misturas contendo R-32 (difluorometano), R-125 (pentafluoroetano) e R-134a, tais como os refrigerantes R-404A, R-407F e R-410A.

Altas taxas de fuga, manuseamento incorreto do refrigerante durante a manutenção e eliminação ou libertação imprópria de gases F de equipamentos contendo refrigerantes de alto GWP fazem deste equipamento um contribuinte importante para o aquecimento global.

De facto, uma vez que a gestão e tratamento dos gases F tem inúmeros procedimentos e custos associados, na maioria dos casos o equipamento está vazio de gases F no momento em que começa a ser gerido como resíduo.

A transição da UE para a quarta geração de refrigerantes de baixa GWP está em curso. Foram feitos grandes esforços de investigação sobre refrigerantes naturais (com problemas de toxicidade e/ou inflamabilidade), hidrofluoroolefinas (HFOs), HFC de baixa GWP, e sobre novas misturas de HFC-HFO (com baixa toxicidade e inflamabilidade zero).

Algumas misturas de HFC-HFO já estão a substituir os HFC na refrigeração comercial e industrial. Exemplos são R-448A e R-449A, (misturas de R-32, R-125 e R-134a com HFOs 1234yf e 1234ze), e R-450A e R-513A (misturas de HFC R-134a com HFOs R-1234ze e R-1234yf, respetivamente). Note-se que estas novas alternativas, devido ao seu estatuto de novos produtos, são protegidas por patentes industriais, o que representa um custo adicional para a sua utilização, enquanto os gases fluorados recuperados não estão sujeitos a impostos adicionais.

Portugal, França e Espanha reduziram ligeiramente as suas emissões (estes são dados oficiais que não incluem as emissões provenientes do mercado ilegal). Esta redução deve-se aos esforços destes governos nacionais que puseram em prática um conjunto de medidas fiscais, legislativas, voluntárias e informativas na sequência de acordos globais e, mais especificamente, de regulamentos europeus.


Porquê reciclar os gases fluorados?

A ausência real de tecnologias desenvolvidas para reciclar os gases F no fim do ciclo de vida afeta consideravelmente o setor da refrigeração porque a maior parte dos gases F são incinerados. Existe uma necessidade fundamental não só de reduzir a libertação de gases F na atmosfera, mas também de separar e reciclar HFC puros no fim de vida útil do equipamento de refrigeração e ar condicionado, de os reutilizar e reciclar na produção subsequente de refrigerantes de quarta geração, aplicando uma verdadeira economia circular.

A investigação de tecnologias baseadas em materiais ecológicos que capturam, separam e reciclam eficazmente os gases fluorados é essencial para desenvolver processos sustentáveis que reduzam o impacto ambiental dos refrigerantes à base de gases fluorados. Neste contexto, o projeto KET4F-Gas propõe uma estratégia a vários níveis, analisando a combinação de diferentes tecnologias-chave capacitantes (KETs). A fertilização cruzada devido à combinação dos diferentes TFE individuais melhorou o desempenho global do processo e foram construídos dois protótipos para a recuperação eficiente de HFC de alto valor acrescentado (como o R-32) a partir de misturas de refrigerante de alto GWP (como o R-410A) presentes em equipamentos em fim de vida útil, a fim de os reutilizar em novas misturas de refrigerante de baixo GWP, amigas do ambiente.


Soluções Ket4F-Gas

No âmbito do projeto KET4F-Gas, foram construídos dois protótipos para a recuperação eficiente de HFC de valor acrescentado (como o R-32) a partir de misturas de refrigerante de alta GWP (R-410A) presentes em equipamentos em fim de vida útil, a fim de os reutilizar em novas misturas de refrigerante de baixa GWP amigas do ambiente. Estes dois protótipos baseiam-se em dois processos de separação avançados diferentes, adsorção em materiais porosos e tecnologia de membrana, que proporcionam altos rendimentos e têm baixos consumos de energia.

A primeira TFE desenvolvida baseia-se em processos de adsorção desenvolvidos pela Universidade Nova de Lisboa. Um dos componentes da mistura é preferencialmente adsorvido sobre um material poroso, enquanto o resto deixa a coluna de adsorção. A coluna de adsorção é então regenerada para recuperar o composto adsorvido seletivamente.

A segunda TFE baseia-se num processo de separação de gás de membrana desenvolvido pela Universidade de Cantábria. Um composto da mistura é preferencialmente permeado através de filmes finos altamente seletivos devido às diferenças no tamanho das moléculas de gás e das interações gás-membrana. Os protótipos KET4F-Gas consistem de uma coluna de adsorção equipada com carvão ativado e um sistema de membranas contendo duas membranas poliméricas planas empilhadas e funcionais com líquidos iónicos.

Os sistemas são altamente seletivos para a separação do R-410A, proporcionando uma elevada capacidade de adsorção e uma elevada permeabilidade em relação ao R-32, resultando num elevado desempenho de separação e numa elevada pureza do R-32 (>99%) quando ambos os protótipos são utilizados em série. Os protótipos KET4F-Gas apresentados proporcionarão muitas vantagens aos gestores de resíduos, uma vez que representam uma alternativa realista ao atual processo de recuperação, transporte e incineração. A possibilidade de recuperar o R-32 com uma pureza mínima de 98% em peso permitirá a sua reutilização tantas vezes quantas as necessárias, com uma perda mínima. Além disso, os dois protótipos têm um custo de implementação relativamente baixo e representam um enorme benefício de um ponto de vista ambiental.


Aplicação prática na indústria

Estas tecnologias são fáceis de implementar numa instalação de gestão de resíduos, devido ao espaço reduzido que necessitam, modularidade e escalabilidade. Além disso, estes sistemas requerem pouca manutenção e têm uma longa vida útil.

Considerando que o PAG do R-410A é 2088, a poupança ambiental em termos de emissões de CO2 torna esta tecnologia 60-70% mais ecológica do que qualquer alternativa atual e mais de 95% melhor em termos da camada de ozono. Em termos gerais, a conceção das unidades operativas não requer equipamento dispendioso, uma vez que todos os materiais necessários são de baixo custo. Os custos operacionais estão atualmente na ordem dos 32 euros por kg de R-32 recuperado, mas espera-se que diminuam consideravelmente com a ampliação da tecnologia, pelo que estes KETs serão um grande avanço para a sustentabilidade da indústria de refrigeração, o objetivo final do projeto.

Em linha com este objetivo, o projeto KET4F-Gas desenvolveu uma ferramenta online para classificar os resíduos de acordo com o método europeu, e para identificar o impacto dos gases F no aquecimento global e as melhores soluções de tratamento, com base nos TFE existentes, que disponibilizou à indústria para facilitar a gestão dos seus resíduos.

Fonte: www.oinstalador.com

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