Alternatives pour remplacer le R404A pour le transport frigorifique

Selon une note d’information de l’IIF, il y a environ 5 millions de véhicules frigorifiques en circulation dans le monde. ^[1] Le choix du frigorigène dans les unités frigorifiques des véhicules de transport frigorifique est un enjeu important, particulièrement en Europe, dans le cadre de la règlementation n°517/2014 de l’UE sur les gaz fluorés.

 

Depuis janvier 2020, il est interdit d’utiliser des frigorigènes fluorés ayant un GWP supérieur ou égal à 2500, pour la réparation et l’entretien d’équipements frigorifiques d’une charge supérieure ou égale à 40 tonnes CO2 eq. Utilisé dans les unités de refroidissement des camions et des remorques, le R404A est concerné par cette interdiction. [2] Selon le rapport d’évaluation RTOC de 2018, le R404A a un GWP de 4200. ^[3]

 

Le transport frigorifique est l’un des domaines d’application les plus difficiles pour les cycles à compression de vapeur dans la chaîne du froid. L’unité frigorifique doit être petite, ce qui empêche souvent le recours à des solutions complexes. Par rapport aux systèmes frigorifiques fixes, les unités frigorifiques des véhicules fonctionnent dans un environnement plus rigoureux et présentent habituellement un coefficient de performance (COP) plus faible. ^[4]

 

Le R452A comme alternative au R404A

 

Le R452A est l’alternative  la plus utilisée actuellement pour remplacer de façon immédiate le R404A. Le R452A est un mélange zéotrope ternaire de R1234yf, R32 et R125 (30/11/59 % en masse). Il s’agit d’un mélange de HFO/HFC avec un GWP de 2100. Le R452A a une puissance frigorifique, une fiabilité et une charge en frigorigène similaires au R404A. Le R452A est adapté pour une utilisation dans le transport frigorifique en raison de son caractère ininflammable et de ses basses températures de refoulement du compresseur. Les similitudes entre les propriétés du R452A et celles du R404A donnent aux clients la possibilité d’utiliser du R452A dans leurs flottes existantes. ^[3] Dans les systèmes frigorifiques utilisés pour le transport de produits alimentaires, une étude a révélé que les émissions d’équivalent CO2 ont été réduites de 5 % à 15 % avec le R452A. ^[5] La principale limite du R452A réside dans son GWP, qui est seulement de 45 % inférieur à celui du R-404A.

 

Le dioxyde de carbone (CO₂) comme alternative au R404A

 

Le CO₂ (R744) est un substitut prometteur, grâce à son potentiel de réchauffement planétaire (GWP) de 1. Toutefois, le R744 ne peut pas être utilisé de la même manière que les autres frigorigènes industriels en raison de sa basse température critique de 31 °C. Il doit être soit couplé avec un frigorigène à température plus élevée dans un système en cascade, soit utilisé dans un système transcritique.

Afin d’améliorer les performances du système dans un environnement ambiant chaud, une étude récente présente un modèle de système frigorifique conçu pour extraire la chaleur de l’espace de chargement d’un véhicule frigorifique et la rejeter dans l’environnement externe. ^[4] Les auteurs ont simulé les performances d’un système transcritique au CO2 pour trois configurations : la configuration standard avec mise en place d’un réservoir à basse pression, et deux variantes intégrant un éjecteur diphasique.

 

Lorsque le système fonctionne dans un climat chaud, les résultats des simulations montrent que la configuration de cycle à éjection produit une augmentation maximale de COP de 15,9 % par rapport à la configuration traditionnelle, à 42 °C de température ambiante et -5 °C de température de l’espace interne. L’utilisation d’un évaporateur auxiliaire peut étendre la plage de fonctionnement de l’éjecteur à des valeurs inférieures de température ambiante. Par rapport à la configuration traditionnelle, une amélioration maximale de 21,0 % du COP a été obtenue à 25 °C de température ambiante et 5 °C de température de l’espace de chargement interne.

 

Le R463A comme alternative au R404A ^[6]

 

Le R463A est un mélange d’hydrofluoroléfines (HFO) non inflammable qui a été développé pour remplacer le R404A. Le R463A est un mélange azéotrope de R32 (36%), R125 (30%), R134a (14%), R1234yf (14%) et CO₂ (R744) (6%). La présence du HFO 1234yf dans sa composition contribue à abaisser le GWP. D’après la recherche, le RA63A a un GWP de 1494, qui est de 63 % inférieur à celui du R404A.

Par rapport au R404A, le R463A a une température d’ébullition normale 23 % plus élevée, ainsi qu’une puissance frigorifique plus élevée. La pression critique et la température du R463A sont plus élevées que celles du R404A. Il peut être utilisé dans un environnement à haute température ambiante et a un effet frigorifique et une puissance thermique évacuée plus élevés. Dans les applications à basse température, le coefficient de performance frigorifique (COPc) du R463A est supérieur de 10 % à celui du R404A.

 

Sources

^[1] 38^th Note on Refrigeration Technologies: The Role of Refrigeration in the Global Economy (2019). https://iifiir.org/en/fridoc/142028

^[2] https://www.gov.uk/guidance/banned-f-gas-for-refilling-equipment

^[3] 2018 Assessment Report of the Refrigeration, Air Conditioning and Heat Pumps Technical Options Committee (RTOC). https://ozone.unep.org/sites/default/files/2019-04/RTOC-assessment-report-2018_0.pdf

^[4] Artuso, Paolo, et al. "Modelling the performance of a new cooling unit for refrigerated transport using carbon dioxide as the refrigerant." International Journal of Refrigeration (2020). https://iifiir.org/en/fridoc/142305

^[5] Heredia-Aricapa, Y., et al. "Overview of low GWP mixtures for the replacement of HFC refrigerants: R134a, R404A and R410A." International Journal of Refrigeration 111 (2020): 113-123.  https://iifiir.org/fr/fridoc/142084

^[6] Saengsikhiao P, Taweekun J, Maliwan K, Sae-ung S, Theppaya T. Investigation and Analysis of R463A as an Alternative Refrigerant to R404A with Lower Global Warming Potential. Energies. 2020; 13(6):1514. https://doi.org/10.3390/en13061514