Dall’emanazione della direttiva europea 2006/40/CE, i climatizzatori sostenibili delle autovetture sono oggetto di un acceso dibattito di natura altamente politica. Al centro del dibattito condotto a livello europeo, soprannominato “Cool War”, c’è il refrigerante di prossima generazione da utilizzare negli impianti di climatizzazione delle auto.
Il retroscena: la direttiva dell’Unione europea vieta, a partire dal 1° gennaio 2017, l’utilizzo del fluido di refrigerazione R134a negli impianti di condizionamento d’aria montati sulle autovetture e stabilisce che i nuovi veicoli venduti all’interno dell’Unione europea nel periodo di transizione devono essere dotati di un refrigerante con un basso potenziale di riscaldamento globale. Dal 2011 nei nuovi veicoli è stato vietato l’impiego di refrigeranti con un potenziale di riscaldamento globale superiore a 150.
Nel 2007 l’alleanza tedesco-scandinava nata ad hoc “Alliance for CO2 Solutions” e i suoi sostenitori, così come scienziati, ONG e dirigenti d’azienda si sono schierati a favore della sostituzione da parte dell’industria automobilistica dei composti chimici come l’R134, che contribuiscono al riscaldamento globale, con il biossido di carbonio (CO2/R744), refrigerante naturale.
L’alleanza sosteneva che grazie a questa misura le emissioni inquinanti dei veicoli si riducono del 10% e, in totale, le emissioni globali di gas a effetto serra dell’1%. Con l’introduzione della tecnologia a CO2 anche in altri settori,ad esempio nella refrigerazione commerciale e industriale, nonché nelle pompe di calore per la produzione di acqua calda, si possono ridurre le emissioni mondiali di gas a effetto serra addirittura fino al 3%.
Tuttavia, anche quanti si oppongono ad una soluzione basata sulla CO2 hanno espresso buone argomentazioni: un refrigerante “del tutto naturale” come il “greenfreeze”, sviluppato da Greenpeace e basato su una miscela pulita di butano/propano (refrigeranti idrocarburi), sorpassa l’efficienza dei liquidi refrigeranti come l’R134a e potrebbe dunque essere utilizzato in modo efficace già in piccole quantità.
Inoltre, se si utilizzassero refrigeranti idrocarburi puri, “compatibili retroattivamente” persino con gli impianti di climatizzazione a Freon ammessi fino al 1998, gli impianti dovrebbero essere semplicemente modificati,in tal modo la loro efficienza aumenterebbe e si eviterebbe un ulteriore rilascio nell’atmosfera dei nocivi R134a e R12 (Freon).
Gli impianti di climatizzazione che utilizzano l’R744, al contrario, devono essere completamente riprogettati per resistere ad una pressione oltre i 100 bar.I componenti esistenti del sistema quali guarnizioni, tubi, valvole e persino compressori non sono stati sviluppati per essere utilizzati in tali condizioni.
Per fortuna esiste un’altra alternativa: in risposta alle direttive adottate nel 2006, il consorzio chimico americano DuPont e Honeywell hanno sviluppato insieme il refrigerante 2,3,3,3-Tetrafluoropropene, conosciuto anche come HFO-1234yf (R1234yf). Allo stato attuale (11/2016) si tratta dell’unica alternativa all’R134a pronta per essere immessa sul mercato.
L’R1234yf soddisfa senza alcun problema il potenziale massimo di riscaldamento globale stabilito di 150. Oltre a questo, la sua permanenza media nell’atmosfera è di circa undici giorni; in base al cosiddetto modello “Life Cycle Climate Performance”, il calcolo dell’equivalente CO2 (l’effetto medio di riscaldamento di una sostanza in genere per un periodo di 100 anni rispetto al biossido di carbonio) conferma che si tratta del refrigerante più sostenibile utilizzabile in tutto il mondo. Il modello di calcolo è stato approvato dall’EPA, l’agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti.
Eppure, dopo l’introduzione dell’R1234yf si è diffusa velocemente una crescente preoccupazione circa la sua infiammabilità. Preoccupazione che nel 2012 si è rivelata fondata: nell’autunno del 2012 durante un test di Mercedes-Benz il fluido refrigerante nel vano motore andò in fiamme. Ciò ha spinto la casa automobilistica di Stoccarda allo sviluppo del non infiammabile R744, rifiutandosi espressamente di utilizzare l’R1234yf per anni. Con l’approvazione del Ministero Federale Centrale dei Trasporti tedesco si è continuato ad utilizzare l’R134a, dannoso per il clima, cosa che ha indotto la commissione europea ad avviare un procedimento contro il governo federale per violazione del diritto comunitario.
Nel frattempo la Daimler ha fatto marcia indietro e ha utilizzato nuovamente il refrigerante della Honeywell-Dupont. Per minimizzare il rischio di incendio, gli ingegneri di Stoccarda sviluppano e costruiscono un proprio “sistema di raffreddamento” che, in caso di svuotamento del climatizzatore a seguito di un incidente, raffredda le parti surriscaldate del vano motore con il gas nobile argon. Con la notevole eccezione della classe E e classe S, in tutti i nuovi veicoli Mercedes-Benz da gennaio 2017 si utilizzerà il controverso R1234yf. La classe E e S, invece,saranno le primeautovetture di serie dotate di impianti di climatizzazione che utilizzano la CO2 come fluido refrigerante.
Oltre ai tempi di sviluppo, i costi per la riprogettazione dell’intero sistema, nonché l’impiego di tempo per condurre serie di test dettagliati, sono ulteriori motivi per cui solo la classe media superiore e la classe superiore sono dotate di impianti di climatizzazione a CO2.
A causa della pressione di sistema estremamente elevata che si verifica nell’impianto e della necessità di una disposizione ottimale dei componenti nel vano motore, l’intero sistema deve essere sviluppato ex novo. Quando si ha a che fare con una pressione di funzionamento significativamente elevata, particolare attenzione va posta all’efficienza del condensatore, vaporizzatore, tubi, pompe e guarnizioni.
In fase di sviluppo, per garantire l’integrità del sistema, è stato di fondamentale importanza misurare accuratamente la pressione in linea con i trasmettitori di pressione nei punti critici dell’impianto di climatizzatore; un calo di pressione sarebbe una prima indicazione sul guasto di un componente, ad esempio di una guarnizione. Un guasto simile renderebbe necessaria la riprogettazione dell’impianto. È stata importante anche l’esatta misurazione della perdita di pressione attraverso il vaporizzatore, per verificare i parametri del progetto e il rendimento del/dei componente/i.
Tuttavia, poiché nel corso della riprogettazione dei climatizzatori la maggior parte dei componenti del sistema sono stati fortemente rimpiccioliti, era prevedibile che il posizionamento del sensore di pressione esattamente nel posto giusto si sarebbe rivelato difficile. Ciò nonostante, il problema si è potuto risolvere velocemente in fase di sviluppo con l’impiego di sensori di pressione piezoresistivi di elevata qualità, riuscendo a concludere il progetto in tempo per il lancio del prodotto sul mercato a gennaio 2017.
