Hacia tecnologías de refrigeración más verdes

Asunto: Las tecnologías innovadoras de refrigeración, y los marcos para su adopción por la industria, jugarán un papel decisivo en reforzar la eficacia del Protocolo de Montreal para la protección de la capa de ozono y su rápida puesta en práctica en todos los países.

Relevancia: Si bien algunas empresas han empezado ya a adoptar tecnologías de refrigeración más verdes, todavía faltan estructuras de incentivos y regulación que pongan estos cambios al alcance de las regiones más pobres y las empresas pequeñas. Por otra parte, el uso generalizado de refrigerantes no clorados o fluorados alternativos puede entrañar riesgos potenciales, lo cual exige el desarrollo de nuevas normas de seguridad.

Visión de conjunto del mercado

Los fabricantes en los países en vías de desarrollo se están convirtiendo en protagonistas de un mercado mundial valorado en US$40-45 bn

La climatización y refrigeración es una industria global. La refrigeración es esencial para la conservación de alimentos, la asistencia sanitaria moderna y muchos procesos industriales. Además, la vida moderna, el entorno laboral y los sistemas de transporte dependen cada vez más de la climatización.

En el mercado global de hoy, la demanda de equipos de climatización y refrigeración se valora en unos US$40-45 mil millones, estando compuesta tanto por los mercados establecidos de Norteamérica, Asia y Europa, que precisan equipos nuevos y de sustitución, como por los mercados nuevos en vías de expansión en Asia, Latinoamérica y Europa Oriental. Estados Unidos y Japón son los primeros productores y suministradores del mundo de equipos de climatización y refrigeración, pero industrias en Brasil, China, Korea, Taiwán y otros lugares han crecido de forma dramática durante el último decenio (ver la Figura 1).

El pronóstico para 1996-2005 es muy positivo. Con el contínuo crecimiento económico de los mercados asiáticos y latinoamericanos, se prevé que la industria de la climatización y refrigeración se convertirá en un negocio global valorado en $50 mil millones. Fabricantes en Brasil, China, Taiwán y Korea llegarán a ser importantes proveedores de equipos en el mercado mundial.

El Protocolo de Montreal reclama un cambio radical en la tecnología de la refrigeración en todo el mundo

Los esfuerzos por proteger la capa de ozono estratosférica, conforme al Protocolo de Montreal sobre Sustancias Mermadoras de la Capa de Ozono (PM), han resultado en una transición hacia equipos nuevos que utilizan refrigerantes no perjudiciales para el ozono. Esta transición, que se ha emprendido ya en las naciones industrializadas, también afectará los mercados de los países en vías de desarrollo a principios del próximo siglo. En general, las perspectivas para la industria de la climatización y refrigeración en una economía global en ascenso son de buen augurio [1].

Los CFC y el agotamiento del ozono

Pruebas científicas adicionales dadas a conocer recientemente confirman que los CFC son la fuente dominante del cloro en la estratósfera [2]. Las observaciones respaldan también la afirmación de que la cantidad de cloro es de suficiente magnitud como para provocar el cambio observado en el ozono [3]. Entre las consecuencias adversas del agotamiento de la capa de ozono se cuentan la mayor incidencia del cáncer de la piel en humanos, la merma de los rendimientos agrícolas, etc. [4].

A través de las décadas, la emisión anual de más de un millón de toneladas de CFC ha ido engrosando las concentraciones de cloro en la atmósfera en varios puntos porcentuales al año. El PM, adoptado en 1987, impuso limitaciones al uso de los productos químicos a base de cloro destructores del ozono. Las concentraciones de cloro en la atmósfera inferior alcanzaron su punto más alto a finales de 1994, y ahora están bajando.

Figura 1: Mercado mundial para equipos de climatización y refrigeración

como gráfico de sectores

EE.UU. 33%

Japón 33%

Europa 10%

China 9%

Korea 5%

Brasil 4%

Taiwán 2%

Otros 4%

Los HCFC también son mermadores débiles del ozono

Los firmantes del PM de 1987 acordaron suspender la producción de los CFC al 1 de Enero de 1995. Algunos países ricos firmantes del PM han progresado del uso de los CFC a los HCFC, también mermadores débiles del ozono y contribuyendo intentensamente al recalentamiento global. Posteriormente, en la cuarta reunión de las partes, en Noviembre de 1992, se acordó un objetivo a largo plazo para cesar, para el año 2030, de producir clorofluorocarbonos hidrogenados (HCFC) [5]. La lejanía relativa de esta fecha objetivo puede explicarse al menos parcialmente por la influencia política de la industria, celosa de consolidar y proteger sus mercados establecidos. Estados Unidos en particular se vería embarazado por una eliminación más temprana de los HCFC debido a sus grandes instalaciones dedicadas a la climatización [6]. El 1 de Diciembre de 1992, el Financial Times informó que Du Pont había invertido $450 millones en la producción de los HCFC y HFC (hidrofluorocarbonos), y era previsto que alcanzara los $1 mil millones para 1995, con un plazo de amortización de la inversión de no menos de diez años [7].

Soluciones transicionales

La industria se refiere a los HCFC y los HFC como "sustancias de transición", o sea, que tendrán que ser reemplazadas por otras ecológicamente más aceptables en un futuro no demasiado lejano [7]. Sin embargo, en 1992, UNEP advirtió que la inversión en alternativas tecnológicas más verdes podría verse entorpecida por la perduración de la tecnología convencional emplenando las sustancias de transición. Los países en vías de desarrollo, sobre todo, no pueden permitirse el lujo de un solución de dos etapas para la eliminación progresiva de los CFC, como preconiza la industria química [7]. La climatización y refrigeración es, junto con los aerosoles y la protección contraincendios, uno de los consumidores industriales principales de los HCFC y HFC.

Hacia una reducción del recalentamiento global y una mayor eficiencia energética

Los gobiernos nacionales, las entidades internacionales, la industria y las autoridades europeas tienen ahora un papel importante que desempeñar en convertir en realidad el cambio a tecnologías de refrigeración innovadoras y ecológicasverdes. Hay que hacer hincapié en la adopción de alternativas auténticas; no en soluciones de transición.

En algunos países se están introduciendo cambios en las normativas nacionales tocantes a los refrigerantes. Debe tenerse presente, en la búsqueda de nuevas tecnologías medioambientales, el incentivo implícito de conseguir una mayor rentabilidad productiva. No obstante, de una manera proactiva, las políticas podrían suponer un estímulo adicional para las empresas innovadoras, las cuales podrían compensar los elevados costes propios de la primera fase de desarrollo por una imagen "verde" comercializable.

Las emisiones de CO2 de fuentes energéticas se añaden al efecto de la aportación de los refrigerantes al recalentamiento global

La reducción del consumo eléctrico es un asunto importante para la UE. DGXI (Medio Ambiente) y DGXVII (Energía) trabajan conjuntamente en una Directiva de Refrigeración, cuyo objetivo principal es reducir el consumo energético y aumentar la eficiencia energética de los aparatos domésticos. Demás está decir que la generación de energía eléctrica para alimentar los equipos de climatización y refrigeración produce dióxido de carbono, que es el gas a efecto de invernadero por excelencia. Por consiguiente, un sistema de climatización o refrigeración debe evaluarse tanto por la aportación potencial al recalentamiento global del refrigerante utilizado como por el efecto indirecto en términos de energía consumida en el tiempo [8].

La oferta de incentivos por parte de las empresas de abastecimiento de energía y la oportunidad de acortar el recibo eléctrico debería propiciar la decisión del usuario final a cambiar a sistemas de refrigeración de alta eficiencia o mejorar las instalaciones existentes. En otras palabras, podrían alcanzarse acuerdos según los cuales una rebaja por parte de la compañía eléctrica local compensaría el desembolso necesario en actualizar los equipos existentes. Este arreglo ha sido puesto en práctica ya por un centro de distribución de alimentos de Massachusetts, reportando un ahorro eléctrico anual de unos 440.000 kilovatios hora. El nuevo sistema evaporativo es un 15 por ciento más eficiente que el sistema convencional de aire enfriado [9].

En Europa, los acuerdos voluntarios deberían en principio jugar un papel importante ...

Surge la importancia de un consenso europeo sobre la base de implantación de acuerdos entre los gobiernos nacionales y los sectores industriales, dado el importante papel desempeñado por la tecnología de la refrigeración en los sectores clave de la economía. No cabe duda de que los acuerdos voluntarios son preferibles a la regulación, dondequiera que sea posible [10].

... pero en los países en vías de desarrollo se necesita ayuda financiera y técnica

Los países en vías de desarrollo pueden no estar en condiciones de sufragar el costo de este cambio. A este respecto son pertinentes la continuada aportación de recursos financieros y tecnológicos para ayudar a los países en vías de desarrollo a eliminar las sustancias mermadoras del ozono, y las nuevas revelaciones surgentes de las comunidades científica y técnica.

¿ Refrigerantes verdes pero más seguros ?

Amoníaco

Históricamente, se utilizaba el amoníaco como refrigerante en las instalaciones móviles y estacionarias. En la marina mercante el uso del amoníaco como refrigerante en los buques de carga transportadores de alimentos congelados alcanzó su punto más alto en la década de los '50. Alrededor de esa época empezó a adoptarse la refrigeración con CFC, técnica que se extendió rápidamente, gracias en buena medida a la inercia de estos compuestos respecto no sólo a la maquinaria de refrigeración sino también ante la posibilidad de un escape. Así, la menor eficiencia de esta tecnología emergente se vio compensada inicialmente por el uso de materiales de ensamblaje más baratos.

La refrigeración por amoníaco goza de un resurgimiento

En Estados Unidos, se ha propuesto la refrigeración con amoníaco como alternativa a los sistemas de refrigeración que utilizan sustancias mermadoras del ozono. En un esfuerzo por comunicar mejor a la industria frigorígena los conceptos básicos involucrados, el Instituto Internacional de la Refrigeración con Amoníaco (IIAR) está preparando una serie de videocintas educacionales [11].

Incluso en las neveras domésticas, el amoníaco era utilizado mucho antes que la aparición de los CFC, empleándose todavía en el 81% del enfriamiento en los almacenes frigoríficos en Estados Unidos. Las empresas alemanas han elegido el amoníaco para las dos terceras partes de sus sistemas de almacenaje refrigerado y elaboración de alimentos, modelo que cada vez más sirve de ejemplo para los países nórdicos, de Europa Oriental y la mayoría de los países en vías de desarrollo. El amoníaco es inflamable a concentraciones relarivamente elevadas y tóxico a bajas concentraciones. No obstante, las unidades herméticamente selladas, utilizando materiales anticorrosivos, podrían hacerse populares rápidamente para los enfriadores de agua, los acondicionadores de aire y los frigoríficos. Por otra parte el amoníaco no es persistente en la atmósfera - de manera que una fuga durante el mantenimiento o en el momento de desguace de los equipos portadores no supone una amenaza ecológica significativa [12].

El primer puerto británico para la importación de frutas, Sheerness, que recibe más de 300.000 t.m. de productos frescos al año, ha inaugurado recientemente instalaciones de almacenaje refrigerado adicionales. El sistema de refrigeración incorpora los primeros compresores de tornillo de amoníaco del Reino Unido. Con una capacidad de 20.000 m3, el nuevo almacén puede hacerse cargo de un tráfico de 1000 t.m. de productos diariamente [13].

En comparación con el HCFC-22, el amoníaco cuesta la duodécima parte, y requiere sólo un 40% del volumen correspondiente. Sin embargo, debido a la naturaleza corrosiva del amoníaco, son necesarios costosos sistemas de tubería y recipientes de almacenamiento de acero. También contribuyen al aumento de coste la necesidad de compresores mejorados, un sistema de alarma de refrigerante más sofisticado, un sistema de cierre a distancia y unos mandos de ventilación [9].

En Japón, las tradicionales barreras al uso del amoníaco como refrigerante frente a los fluorones convencionales han sido: el hecho de que se precisen grandes cantidades para conseguir la misma potencia refrigerante (del orden de varias toneladas de amoníaco para una sola unidad de refrigerante); el peligro de fugas al entorno en caso de terremoto o por la corrosión de la tubería de refrigeración; y su elevado coste [14].

Hidrocarburos

Los hidrocarburos pueden suponer una alternativa prometedora, pese a las inquietudes por la seguridad

Los gobiernos y los grupos ecologistas vienen presionando a los fabricantes de frigoríficos en toda Europa a utilizar los hidrocarburos en razón de su menor potencial de recalentamiento global. Pero los hidrocarburos conllevan nuevas inquietudes tocantes a la seguridad.

El uso de los hidrocarburos en la refrigeración doméstica antecede al invento de los CFC a principios de los años '30. En comparación con la situación prevaleciente en aquel entonces en Estados Unidos, los frigoríficos de hidrocarburos de hoy utilizan 20-50 veces menos refrigerante bajo condiciones de seguridad muy superiores [7].

La combustibilidad de los hidrocarburos podría acometerse a través de medidas de seguridad apropiadas en la fabricación y el diseño del producto. El contenido de propano o butano en una nevera doméstica es muy reducido. Por consiguiente, las normas deben dirigirse hacia los frigoríficos comerciales de gran capacidad.

A principios de 1992, Alemania introdujo los frigoríficos de hidrocarburos. En 1994, India y China eran recipientes de ayuda prestada por la agencia alemana de ayuda para el desarrollo para fabricar frigoríficos con tecnología que prescindía del uso de los CFC. Esta tecnología, promocionada por Greenpeace como ¿greenfreeze¿ (la congelación verde), utiliza hidrocarburos gaseosos. Debe puntualizarse que a China e India les corresponde más del 50% del consumo total de CFC del Tercer Mundo [15]. También, en la Africa Occidental, entidades nacionales e internacionales han estado trabajando conjuntamente en la transformación de las neveras existentes para que funcionen con hidrocarburos [7].

En Febrero de 1996, Estar (Castle Donnington, Reino Unido) se convirtió en el primer fabricante de enfriadores del mundo en cambiar totalmente a los refrigerantes de hidrocarburos. La cadena de producción reconvertida utilizará el refrigerante Care 30 (R) (Calor Gas), una mezcla de hidrocarburos. Este hito y otros en el movimiento hacia la tecnología de la "congelación verde" demuestran que son posibles soluciones de al menos algunos de los problemas medioambientales [16].

Bosch-Siemens Hausgerate (BSHG), Munich, uno de los fabricantes de frigoríficos más grandes de Europa, ha decidido terminar con el uso de los HCFC en la gran mayoría de sus productos. En vez de ello, un 80 a 85 por ciento de sus frigoríficos utilizarán el pentano como aislante, y el isobutano como refrigerante. En el 15 por ciento restante, que corresponde a modelos inescarchables, la empresa seguirá utilizando el HFC134a como refrigerante. Electrolux de Suecia, líder del mercado europeo de frigoríficos, se cree que está desarrollando modelos que utilizan refrigerantes y aislantes de hidrocarburos. Sin embargo, a los productores de HFC134a en Europa no parece preocuparles la migración de los principales fabricantes de frigoríficos como BSHG a los refrigerantes de hidrocarburos. Todo lo contrario, estos gozan de un mercado en auge para este producto químico, ya que los aparatos domésticos comparten menos del 5 por ciento del mercado mundial total [17].

Si bien en un principio en Estados Unidos y Japón se favorecieron los HCFC y los HFC como sustitutos, la opción de los hidrocarburos habría echado raíces en Estados Unidos. Allí el mercado de la refrigeración parece ser sensible a, y fuertemente influido por, consideraciones políticas. Por ejemplo, las ventas de OZ Technology, empresa que comercializa mezclas de refrigerantes de hidrocarburos, han disminuido desde que la Agencia para la Protección del Medio Ambiente (EPA) desestimara su solicitud de comercializar su producto como sustituto de los CFC. Interesada en el mercado de refrigerantes de hidrocarburos, Exxon ha ofrecido su ayuda en las batallas legales de OZ con la EPA. Por otra parte, los fabricantes de equipos norteamericanos, que pretenden vender una nueva generación de equipos diseñados para los nuevos refrigerantes HFC, procuran acentuar las inquietudes en torno a inflamabilidad. Los oficiales de la EPA, en el desarrollo de un programa para certificar los sustitutos de los CFC, argumentan que es precisa una evaluación más formal de los riesgos de la inflamabilidad. En particular será crucial en la medición del riesgo una distinción entre el uso de hidrocarburos en los sistemas existentes y en equipos debidamanta adaptados. Por otra parte, el Ministerio Alemán para la Cooperación Técnica (GTZ), el cual apoya los hidrocarburos y la transferencia tecnológica a China, India y otros países en vías de desarrollo, sostiene que se pueden producir los hidrocarburos localmente en los países en vías de desarrollo a un coste muy inferior al de los HFC u otras alternativas fluoradas importadas [18].

Futuras tecnologías de refrigeración

Es probable que a la larga se encontrarán alternativas más radicales

Como se sugiere más arriba, la investigación y desarrollo tecnológico (RTD) podría enfocarse sobre auténticas alternativas que ofreciesen garantías de seguridad a largo plazo, antes que costosas soluciones de transición. A nivel europeo, las actuaciones más importantes realizadas en años recientes lo han sido en el marco de los programas THERMIE y CRAFT. Cierto énfasis se ha puesto en el desarrollo de diseños integrados que redujesen los costes energéticos, y en el uso de sustancias naturales como refrigerantes. Otro punto de interés es el desarrollo de una tecnología europea de refrigeración por absorción, utilizando amoníaco/agua, o refrigerantes muy específicos tales como el bromuro de litio. Una ventaja clave es que se pueden diseñar ciclos de absorción para la cogeneración de energía/calor y refrigeración. Las aplicaciones principales de estas tecnologías se hallan en las industrias alimentarias y de climatización. También se ha pensado en instalaciones solares para la cogeneración de calor y frío. En Estados Unidos, se está desarrollando la intrigante alternativa de la refrigeración a base del hidrógeno [19]. En el campo de las temperaturas muy bajas, tanto las tecnologías de la refrigeración óptica como las de la refrigeración magnética pueden incidir de forma significativa en el futuro.

Frases clave

Protocolo de Montreal, recalentamiento global, agotamiento del ozono, refrigeración, CFC, amoníaco, hidrocarburos, hidrógeno