Fluides frigorigènes naturels : Mythes versus réalité

RÉALITÉ :

La vapeur d’ammoniac est plus légère que l’air et devrait donc s’élever et se dissiper avec le temps et la distance. Ce n’est pas toujours le cas. Des concentrations dangereuses d’ammoniac dans l’air peuvent rester à proximité du sol, selon l’humidité relative, la température et la vitesse du vent. Des températures plus froides avec une humidité relative élevée favoriseront le maintien de la vapeur près du sol. Prenez garde à des dépressions dans le sens du vent, qui peuvent collecter et retenir de la vapeur d’ammoniac toxique.

Le nuage blanc qui se développe avec la plupart des dégagements importants d’ammoniac reste un faible indicateur de l’étendue du panache. Des concentrations dangereuses d’ammoniac dans l’air peuvent s’étendre bien au-delà de ce nuage blanc visible.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Ammoniac : même une toute petite fuite peut s’avérer dangereuse | CPECN
• 7 personnes hospitalisées après une fuite d'ammoniac chez le glacier Modesto - CBS Sacramento (cbsnews.com)
• Des fuites de produits chimiques dangereux ont fait des blessés parmi les travailleurs de l’un des plus grands centres de transformation de viande des États-Unis | CNN Business
• Plan d’intervention du service d’incendie du Minnesota face à un dégagement d’ammoniac

RÉALITÉ :

La qualité de la glace dans les patinoires est déterminée par seulement 3 facteurs : la qualité de l’eau, les conditions de fabrication et la température de la dalle de la patinoire.

Pour des systèmes de patinoire classiques, la température de la dalle est régulée par le flux d’un fluide de transfert thermique à faible température (saumure ou glycol) sous le sol, de sorte que la surface de glace soit séparée physiquement de tout réfrigérant dans le système de réfrigération (situé à l’extérieur ou dans la salle des machines). En d’autres termes, il n’y a aucun moyen de savoir, depuis la dalle de la patinoire, quel réfrigérant se trouve dans le système, car seule la saumure est visible. Donc tant que la température et le flux de saumure restent appropriés, la glace n’est pas impactée.

RÉALITÉ :

« Naturel » est un mot marketing à la mode, qui ne repose pas sur des principes d’ingénierie ou des données scientifiques solides. Le CO₂, les hydrocarbures et l’ammoniac de qualité frigorigène vendus et utilisés dans l’industrie CVCR ne sont pas extraits de la nature, au contraire : ils sont fabriqués au moyen de procédés industriels, comme tous les autres fluides frigorigènes.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Le point de vue d’un expert sur les fluides dits « naturels » : l’avenir des fluides frigorigènes
• Feuille d’information EFCTC – Fluides frigorigènes naturels
• « Les fluides naturels n’existent pas », vidéo
• La vérité glaçante : un regard sur la réalité, la spéculation et le battage médiatique dans le secteur CVCR
• Chemical & Engineering News – Émissions de CO₂ issues de la production industrielle d’ammoniac

RÉALITÉ :

Le PRG n’est qu’un facteur parmi tant d’autres dans la sélection d’un fluide frigorigène. Comme le souligne la section 3.1 du document de position de l’ASHRAE sur les fluides frigorigènes et leur utilisation responsable : « La sélection des fluides frigorigènes et de leurs systèmes doit être basée sur une analyse holistique comprenant l’efficacité énergétique et les caractéristiques de rendement, les répercussions environnementales, la sécurité des employés et du public, et les considérations économiques. Un fluide frigorigène ne doit pas être choisi en fonction d’un seul facteur, comme le PRG, la pression de service, l’inflammabilité, etc. La vaste gamme d’applications CVCR et leurs exigences partout dans le monde nécessitent une variété de fluides frigorigènes pour répondre à ces besoins. »

RESSOURCES À L’APPUI :

• ASHRAE : document de position sur les fluides frigorigènes et leur utilisation responsable

RÉALITÉ :

Aux États-Unis, des données publiques déclarées par les partenaires GreenChill de l’EPA indiquent qu’en 2019, il restait du CO₂ en tant que pourcentage du fluide frigorigène d’installation. <1 %. Supermarket retailers have a variety of needs for existing and new stores and technology adoption trends vary by region. CO₂ is not a solution for existing system designs and requires purchase and installation of all new equipment. Supermarkets worldwide have had great success using retrofit refrigerants like Opteon™ XP40 (R-449A), resulting in lower GWP, while staying on track with their sustainability goals. In addition, an increasing number of refrigeration design engineers and end-users are exploring ultra-low GWP HFO solutions with new system architectures as a means to deliver the performance, cost, and sustainability they need to maintain seamless operations.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Les épiciers pas encore convaincus par les systèmes de réfrigération au CO₂ | ACHR News
• Les épiciers se disent inquiets quant aux fluides frigorigènes alternatifs | ACHR News
• L’intérêt croissant des épiciers pour les solutions HFO

RÉALITÉ :

Les systèmes au CO₂ sont complexes et nécessitent des pressions élevées pour fonctionner. Une perturbation de ce système, par exemple à la suite d’une vague de chaleur, peut en provoquer l’arrêt.

La perte d’une charge complète de CO₂ dans le système peut entraîner une perte de réfrigération pouvant aller jusqu’à plusieurs jours, selon la disponibilité et l’approvisionnement des techniciens de maintenance qualifiés. Lorsqu’un système au CO₂ perd sa pleine charge, il peut geler et produire de la neige carbonique, après quoi il devient impossible de redémarrer le système tant que la neige carbonique n’est pas éliminée. Dans le cas des épiceries, une perte de réfrigération pendant plusieurs jours peut entraîner un gaspillage alimentaire important et impacter les coûts pour les épiciers et les consommateurs, comme on l’a vu lors des vagues de chaleur de ces dernières années.

Afin de résoudre ce problème, les détaillants doivent installer des systèmes de secours qui ajoutent des coûts et une complexité supplémentaires à un système déjà coûteux.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Le CO₂ comme fluide frigorigène – Cinq dangers potentiels du R-744 (copeland.com)
• Gel du CO₂ : pourquoi cela se produit, ce que vous pouvez faire (harrisproductsgroup.com)
• CO₂ : la vérité qui dérange
• Petite vidéo : un important détaillant britannique, ASDA, choisit les fluides frigorigènes A2L
• Webinaire Emerson E360 : préparation à l’utilisation sûre des réfrigérants A2L dans la réfrigération commerciale

RÉALITÉ :

L’efficacité d’un système de réfrigération est largement déterminée par la conception, le choix de l’équipement et les conditions de fonctionnement. En fait, de nombreux systèmes modernes dotés de fluides frigorigènes fluorés ont un rendement équivalent, voire supérieur, à celui des installations à ammoniac R-717. La conception de systèmes de réfrigération modernes fait l’objet d’une innovation et d’une amélioration permanentes, surtout lorsqu’il s’agit d’optimiser l’efficacité énergétique. Pour évaluer réellement les performances de n’importe quelle installation de réfrigération, une analyse technique approfondie et experte doit être effectuée en tenant compte des détails spécifiques du système, de l’application, du lieu et des conditions de fonctionnement. Les énoncés généraux qui comparent simplement les fluides frigorigènes, sans tenir compte d’autres facteurs, constituent une simplification excessive et pourraient mener à des conclusions potentiellement inexactes.

RESSOURCES À L’APPUI :

• L’efficacité du système est plus importante que le PRG
• Publication ORFA printemps 2019 : efficacité 2.0

RÉALITÉ :

En raison de leur fonctionnement sous haute pression, les systèmes au CO₂ sont beaucoup plus sensibles à la perte de charge totale pendant les pannes de courant et la maintenance. En fait, pour des raisons de sécurité, des soupapes de décharge d’urgence sont intégrées aux systèmes au CO₂ pour encourager si besoin la décharge de la charge. Une étude réalisée en 2018 aux États-Unis sur environ 200 systèmes transcritiques a révélé un taux de fuite très élevé (environ 48,3 %), ce qui signifie que chaque magasin perd l’équivalent de sa charge complète tous les deux ans.

Afin d’éviter les interruptions d’activité, la plupart des détaillants installent des systèmes de réfrigération de secours pour refroidir le récepteur ou stockent sur place la totalité des charges du système au CO₂ et paient les frais de location de bouteilles associés. Toutes ces mesures entraînent des coûts supplémentaires pour le propriétaire/l’exploitant.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Discussions sur le climat d’Emerson : le CO₂ en tant que fluide frigorigène : avantages/inconvénients du R-744
• Cinq faits à prendre en considération avant de passer au CO₂

RÉALITÉ :

Bien qu’il soit commercialisé comme fluide frigorigène « naturel », la production d’ammoniac de qualité frigorigène contribue fortement aux émissions de gaz à effet de serre et à l’utilisation de carburants fossiles.

RESSOURCES À L’APPUI :

• « Les scientifiques cherchent à rendre la production d’ammoniac plus durable » (Cooling Post)
• globalFACT : Savez-vous où est passé votre fluide frigorigène ammoniac ?

RÉALITÉ :

De grosses fuites de dioxyde de carbone sont susceptibles de déplacer l’oxygène et d’entraîner un risque d’asphyxie. La limite d’exposition à une toxicité aigüe (LETA) du R-744 est de 54 g/m3 ou de 30 000 ppm et les expositions supérieures à cette limite, même de courte durée, peuvent être préoccupantes. En effet, le CO₂ est toxique à partir d’une concentration de 2 % (Vol/Vol) et peut être mortel à partir d’une concentration de 25 %.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Le CO₂ comme fluide frigorigène – Cinq dangers potentiels du R-744

RÉALITÉ :

Les émissions totales du cycle de vie des systèmes fonctionnant avec des fluides frigorigènes « naturels » sont en fait plus élevées que celles des gaz fluorés.

La plupart des gaz fluorés sont rapidement éliminés de l’atmosphère, par rapport à un fluide frigorigène « naturel » comme le CO₂. Par exemple, après 100 ans, 30 % des émissions de CO₂ persistent dans l’environnement pendant plus de mille ans.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Revue Atmospheric Chemistry and Physics, 2013. 
• Notre atmosphère : maîtriser le dioxyde de carbone - NASA Science

RÉALITÉ :

Les gaz industriels, comme le CO₂, requièrent plus d’énergie que les gaz fluorés et peuvent nuire aux objectifs environnementaux et climatiques. 

Le CO₂ est un réfrigérant nettement moins efficace. Une faible efficacité signifie une consommation d’électricité plus élevée et, par conséquent, des émissions de gaz à effet de serre elles aussi plus élevées. Des technologies d’atténuation existent aujourd’hui pour améliorer l’efficacité des systèmes au CO₂, mais dans la plupart des cas, elles sont complexes et peuvent nécessiter l’utilisation d’eau pour compenser.

RÉALITÉ :

Des études rigoureuses ont jugé les gaz fluorés sûrs pour l’utilisation prévue et préférables aux options « naturelles » comme le propane, l’ammoniac et le CO₂, car ces gaz industriels sont hautement inflammables, corrosifs ou ont des coûts d’exploitation élevés. Ces risques limitent leur viabilité à soutenir les objectifs climatiques mondiaux.

Le propane est hautement inflammable et peut être explosif : une simple décharge d’électricité statique provoquée par le fait de marcher sur un tapis peut enflammer du propane qui aurait fui accidentellement. En fait, l’énergie minimale pour enflammer le R-1234yf est supérieure à 5 000 mJ alors que celle pour enflammer le R-290 est inférieure à 0,5 mJ, ce qui correspond à un facteur de 10 000.

L’utilisation de l’ammoniac est déjà restreinte en raison de sa toxicité élevée et des risques pour la santé en cas de fuite. L’ammoniac est également inflammable et considéré comme un grave danger pour la santé car il est corrosif pour la peau, les yeux et les poumons, et l’exposition à 300 parties par million (ppm) est dangereuse pour la vie et la santé.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Réfrigération à l’ammoniac - Aperçu | Administration de la sécurité et de la santé au travail (osha.gov)
• Le potentiel du propane comme fluide frigorigène - ACR Journal
• Caractéristiques d’inflammabilité du HFO-1234yf - Légère - 2010 - Progrès en matière de sécurité des processus - Bibliothèque en ligne Wiley
• Sur l’énergie minimale d’inflammation (EMI) pour le propane/air - ScienceDirect

RÉALITÉ :

Bien que certains gaz fluorés puissent se dégrader en TFA, il s’agit là d’une substance d’origine naturelle et les concentrations actuellement mesurées dans l’environnement et prévues dans un avenir lointain restent très en deçà des seuils problématiques en matière de santé humaine et d’environnement. 

Le TFA ne constitue pas de menace pour l’homme ou l’environnement, car il n’est présent dans l’environnement qu’en quantités nettement inférieures aux seuils de préoccupation (éco)toxicologique. Il est facilement excrété par les animaux et il possède des qualités uniques qui l’empêchent de se bioaccumuler dans la chaîne alimentaire.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Programme des Nations unies pour l’environnement, « Effets environnementaux de l'appauvrissement de la couche d’ozone et interactions avec le changement climatique »  

RÉALITÉ :

Si le CO₂ ne pose pas les mêmes risques que d’autres fluides frigorigènes « naturels », il est néanmoins considéré comme un asphyxiant et présente un taux de fuite très élevé. 

En raison de leur fonctionnement sous haute pression, les systèmes au CO₂ sont beaucoup plus sensibles à la perte de charge totale pendant les pannes de courant et la maintenance. Et lorsqu’ils s’échappent, ils s’échappent vite, ce qui peut rapidement interrompre les opérations et, selon l’application, créer des risques pour la sécurité puisqu’il s’agit d’un asphyxiant. Le CO₂ est également plus lourd que l’air : cela signifie que dans des espaces confinés, une fuite peut devenir extrêmement dangereuse pour toute personne exposée. À des concentrations aussi faibles que 2 %, il est considéré comme toxique.

Un rapport de 2023 de NASCR, fournisseur de CO₂, indique que les supermarchés au CO₂ avaient en moyenne un taux de fuite d’environ 100 %, émettant essentiellement l’équivalent de la totalité de la charge en un an. Afin d’éviter les interruptions d’activité, la plupart des détaillants installent des systèmes de réfrigération et/ou des groupes électrogènes de secours, ce qui augmente finalement les coûts pour leur propriétaire/exploitant.

RESSOURCES À L’APPUI :

• Approvisionnement en CO₂ - NASRC - Présenté à la conférence FMI Energy and Store Design 2023 à Baltimore, Maryland, États-Unis
• Dioxyde de carbone : fiche d’information de l’USDA sur les risques pour la santé
• Cinq faits à prendre en considération avant de passer au CO₂

RÉALITÉ :

« Naturel » est un mot marketing à la mode, qui ne repose pas sur des principes d’ingénierie ou des données scientifiques solides. Le CO₂, les hydrocarbures et l’ammoniac de qualité frigorigène ne sont pas extraits de la nature. Ils sont fabriqués au moyen de procédés industriels, comme tous les autres fluides frigorigènes.  

Les fluides « naturels » sont les mêmes gaz industriels synthétiques qui ont été adoptés il y a plus d’un siècle et largement abandonnés pour de bonnes raisons. De plus, les équipements utilisant des gaz industriels comme le CO₂ sont souvent moins économes en énergie que les solutions aux gaz fluorés qu’ils prétendent remplacer, et finissent par engendrer des émissions de cycle de vie plus élevées que les gaz fluorés.

RESSOURCES À L’APPUI :

Programme des Nations unies pour l’environnement, rapport d’évaluation 2022 « Effets environnementaux »

RÉALITÉ :

Les gaz fluorés sont essentiels pour atteindre les objectifs climatiques, l’autonomie stratégique et les objectifs d’innovation de l’UE.

Les gaz fluorés contribuent à faire avancer les objectifs de l’UE en réduisant l’utilisation de combustibles fossiles pour le chauffage et le refroidissement, et en adoptant des solutions écoénergétiques, comme l’adoption de pompes à chaleur. Les gaz fluorés peuvent également être réutilisés une fois les équipements arrivés en fin de vie, contribuant ainsi à la mise en œuvre d’économies circulaires.

Limiter l’accès aux gaz fluorés ralentirait l’adoption, augmenterait les coûts de transition et créerait une quantité incroyable de déchets matériels (provenant de systèmes inutilisables), ce qui mettrait un terme à l’utilisation et au déploiement des pompes à chaleur dans toute l’Europe.

Des études rigoureuses ont conclu que les gaz fluorés étaient sûrs et préférables à certaines alternatives. Les options « naturelles » comme le propane, l’ammoniac et le CO₂ présentent toutes des risques élevés, notamment la toxicité, l’inflammabilité et des coûts d’exploitation élevés, ce qui en fait des options non viables pour atteindre les objectifs climatiques de l’UE.