PartagerLe CO2, l’une des options pour réduire l’empreinte carbone du transport frigorifique
Comparaison des émissions de CO2 d’unités de transport frigorifique au R744 et au HFC-134a et aperçu des solutions susceptibles de réduire l’empreinte carbone de ce secteur.
L'IIF a estimé que le nombre d'unités de transport frigorifiques dans le monde s'élevait à 3,4 millions en 2017 et que les émissions associées s'élevaient à environ 50 MtCO2eq, soit près de 25 % des émissions totales de la chaîne du froid alimentaire (1). En outre, une étude récente a révélé que le parc frigorifique routier européen consommait annuellement plus de 3 500 GWh d'énergie primaire et qu'un parc amélioré (i.e., avec une meilleure isolation, des unités utilisant des frigorigènes naturels, une électrification et des contrôles améliorés) pourrait potentiellement conduire à une réduction de la consommation d’énergie primaire de plus de 28 % et une réduction de plus de 66 % des émissions équivalentes de CO2 (2).
Parmi les options étudiées pour réduire l'impact énergétique et environnemental du transport frigorifique routier, il convient de mentionner le stockage de l'énergie thermique et le recours aux énergies renouvelables. L'incorporation de matériaux à changement de phase comme medium de stockage de froid pour assurer le transport de produits alimentaires peut conduire à une réduction comprise entre 22 % et 56 % de l'empreinte carbone totale par rapport au système conventionnel à compression de vapeur (3). La réduction de la consommation globale de carburant du moteur grâce à l'hybridation avec des sources d'énergie renouvelables, telles que l'intégration de panneaux solaires montés sur la caisse du véhicule, peut jouer un rôle important dans l'augmentation de la durabilité des systèmes frigorifiques de transport routier, comme l'ont documenté plusieurs études.
En outre, l'analyse de la littérature scientifique souligne également que le choix du frigorigène a un impact significatif sur l'empreinte carbone totale sur le cycle de vie d'un système frigorifique pour le transport routier. Le remplacement du R404A, qui est le frigorigène plus largement utilisé dans le transport frigorifique mais qui a un GWP très élevé de 4808, par le R452A (PRP de 2336), qui est l'option dominante actuellement, peut conduire à une réduction des émissions totales de 5 % à 15 % tout au long du cycle de vie du système (4).
Dans un article en libre accès (5) publié dans le numéro de mars 2024 de la Revue Internationale du Froid par des chercheurs italiens du Conseil national de recherches de l'Institut des technologies de la construction de Padoue, une simulation numérique dynamique est utilisée pour évaluer et comparer les performances annuelles d'une unité utilisant le HFC134a (PRP de 1470) et d'un nouveau modèle au R744 (CO2), toutes deux conçues pour fournir un refroidissement à moyenne température. Les principales innovations de l'unité au R744 par rapport à un cycle à compression de vapeur classique sont la présence d'un éjecteur diphasique et la possibilité d'inclure un évaporateur auxiliaire.
Les deux unités ont été comparées à la fois en termes de performances annuelles lors de missions de livraison urbaine et en termes d'empreinte carbone globale sur le cycle de vie. Elles ont été installées sur un véhicule utilitaire léger équipé d'une caisse isolée d'un volume intérieur de 11,9 m3. La durée de vie du groupe frigorifique a été fixée à 12 ans.
Les résultats montrent que l'unité au R744 présente un Coefficient de Performance (COP) nettement plus élevé pendant les mois les plus chauds de l'année, tandis que ses performances se dégradent pendant les mois les plus froids, en raison de la grande différence entre la puissance de refroidissement et la demande de refroidissement pour des températures ambiantes basses. Au total, sur une base annuelle, le COP de l’unité au R744 est supérieur de 27,5 % à celui de l’unité au R134a.
Il convient toutefois de noter que le poids plus élevé de l’unité au R744 (186 kg) entraîne des émissions indirectes liées à la consommation de carburant, qui sont légèrement supérieures (+9,3 %) à celles de l’unité au R134a (84kg). Cette différence de poids peut être attribuée à la présence de composants supplémentaires dans le système au R744, tels que l'évaporateur auxiliaire, l'échangeur thermique interne et le séparateur, qui ne sont pas nécessaires dans l'unité au R134a en raison de la présence d’une vanne thermostatique. Néanmoins, le R134a, en raison de son PRP élevé, contribue à des émissions directes (dues aux fuites de frigorigène) nettement plus élevées que celles imputables au R744, qui sont négligeables.
Si l’on tient compte des émissions totales sur la durée de vie des unités, c’est l’option au R744 qui prend nettement le dessus avec une empreinte carbone inférieure de 31,9 %.
Les auteurs concluent que, du point de vue de la durabilité du cycle de vie, des réductions significatives de l'empreinte carbone des unités frigorifiques de transport peuvent être obtenues en sélectionnant soigneusement les matériaux et en concevant des composants plus légers permettant de réduire le poids de l'unité de refroidissement. En outre, ils soulignent qu’il est crucial de relever le défi du développement et de la mise à disposition de composants conçus spécifiquement pour les applications de transport frigorifique au R744.
Sources :
(3) https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652622030943
(4) https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213138816301370