Situation actuelle et tendances futures des frigorigènes naturels en Amérique du Nord et du Sud

Durant la fructueuse conférence Gustav Lorentzen de l’IIF sur les frigorigènes naturels, tenue à Trondheim en Norvège en juin 2022, deux communications ont détaillé la situation et les tendances relatives à l’utilisation de ces frigorigènes en Amérique du Nord et en Amérique du Sud.

 

• Dans sa présentation ⁽¹⁾, Stefan Elbel souligne que les frigorigènes naturels ont suscité une attention accrue au cours des dernières années en Amérique du Nord, en particulier aux États-Unis et au Canada, mais dans une moindre mesure qu'en Europe. De plus en plus d’États américains ont adopté une approche comparable au règlement européen F-Gaz. 

À court terme, les options de frigorigènes synthétiques à faible PRP semblent souvent être le choix privilégié pour diverses raisons : un coût de mise en œuvre inférieur grâce à une possibilité de conversion immédiate avec des modifications minimales des composants et du système, et une réduction des risques associés à l'inflammabilité. Néanmoins, de nombreux fabricants dans les différentes industries concernées reconnaissent  que bon nombre de ces options de frigorigènes n’auront qu'une durée de vie relativement courte : en raison d’objectifs de PRP (GWP) plus stricts à l'avenir ou  de problématiques sécuritaires et environnementales liées à certains choix de frigorigènes synthétiques, tels que la formation de fluorure d'hydrogène lors d’un incendie ou la génération et le rejet à grande échelle d'acide trifluoroacétique (TFA). La discussion récente sur la question des substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) augmente encore l'attrait à long terme des frigorigènes naturels ⁽²⁾. 

 

Cet article présente les avancées récentes  dans le domaine des systèmes aux frigorigènes naturels et des exemples de développements technologiques réussis dans les différents secteurs du froid. Les applications envisagées incluent le froid commercial pour les applications de petite et de grande puissance utilisant du CO₂ et du propane. Un système au CO₂ transcritique pour conteneur frigorifique mobile en vue d’une utilisation à des températures ambiantes extrêmes a été développé à partir de zéro et ses performances ont été évaluées. Une nouvelle façon d'obtenir une suralimentation en liquide à faible coût et auto-entraînée pour un échangeur de chaleur à plaques à ammoniac a également été introduite et présentée. Un système de conditionnement d’air mobile au CO₂ transcritique pour une application ferroviaire à grande vitesse a été conçu et mis en œuvre. Ces exemples ont en commun d'avoir obtenu de très bonnes performances  en termes de puissance et de COP. Dans les cas où des systèmes de référence HFC/HFO étaient disponibles, les performances du système à frigorigène naturel étaient soit comparables, soit même supérieures à la référence. Il convient également de noter que de nombreuses autres applications peuvent utiliser avec succès des frigorigènes naturels, dont les appareils électroménagers tels que les réfrigérateurs, congélateurs et systèmes de pompe à chaleur pour sèche-linge, lave-vaisselle et chauffe-eau. L'auteur considère que tous ces exemples démontrent que de bonnes performances peuvent être obtenues avec une complexité de conception et un coût raisonnable, ce qui encourage une utilisation plus généralisée des fluides frigorigènes naturels. 

 

• Dans une autre communication ⁽²⁾, Roberto Peixoto souligne que dans le contexte de l'importance croissante de la chaîne du froid alimentaire et médicale et des applications de conditionnement d’air dans les douze pays d'Amérique du Sud, les frigorigènes naturels sont de plus en plus utilisés dans la région. 

En ce qui concerne les hydrocarbures, presque tous les fabricants d'appareils de froid domestique de la région sud-américaine sont passés du HFC-134a au HC-600a. Il est prévu que dans les deux à cinq prochaines années, 100 % de la production nationale de réfrigérateurs utilisera ce frigorigène. En raison de la récente modification de la norme CEI 60335-2-89:2019, augmentant la charge maximale autorisée des frigorigènes de classe A3 (inflammabilité supérieure) de 150 g à 500 g, le HC-290 (propane) est désormais utilisé de manière intensive dans le froid commercial. Aujourd'hui, sur 80 000 supermarchés au Brésil, on estime que 15 % utilisent des équipements frigorifiques au HC-290 et ce chiffre devrait atteindre  environ 50 % au cours des trois prochaines années. Cependant, à l'heure actuelle, il n'y a ni fabrication ni importation de climatiseurs split utilisant du HC-290. En raison de problèmes de réglementation, de sécurité et de contraintes d'entretien, l'option de conversion vers des frigorigènes hydrocarbures a été abandonnée au Brésil et en Uruguay. Au Brésil et dans d'autres pays d'Amérique du Sud, il est peu probable que les entreprises convertissent leur production pour utiliser le HC-290 à court/moyen terme. Les entreprises passent actuellement du HCFC-22 au R-410A.

 

Le CO₂ est essentiellement utilisé comme frigorigène dans les systèmes frigorifiques des supermarchés en Amérique du Sud et, dans une moindre mesure, dans les applications de froid industriel. Depuis 2009, le CO₂ est utilisé dans les installations frigorifiques des supermarchés dans des configurations de système en cascade, avec le HFC-134a comme frigorigène dans le circuit à température élevée. Au cours des dernières années, la mise en œuvre de systèmes transcritiques au CO₂ a commencé, principalement au Brésil, mais aussi en Argentine, au Chili, en Colombie et au Pérou. Actuellement, on estime qu'il existe 75 installations transcritiques en Amérique du Sud. L'auteur considère que lorsqu'on compare une installation au CO₂ à un système au HCFC-22, avec le même niveau de configuration technologique, il n'y a, fondamentalement, aucune différence en termes de coût initial. 

 

En Amérique du Sud, comme dans d'autres régions du monde, l'ammoniac a surtout été utilisé comme frigorigène dans les installations de froid industriel, telles que la transformation des aliments et les industries laitières. Le développement de la technologie de l'ammoniac à faible charge pour les systèmes frigorifiques de petite et moyenne puissance pénètre le marché, ce qui devrait  étendre l'utilisation des systèmes à l'ammoniac. 

 

Dans tous les pays d'Amérique du Sud, les frigorigènes hydrocarbures, CO₂ et ammoniac sont disponibles, mais de manière inégale selon les pays. Cependant, la disponibilité de composants (compresseurs) et d'outils (détecteurs, joints pour soudure à froid, etc.) pour manipuler les fluides frigorigènes hydrocarbures est faible et, dans certains cas, inexistante. Sur ce plan toutefois, la situation est meilleure pour le CO₂ et l'ammoniac dans plusieurs pays.

 

Concernant la législation et les normes, à l'heure actuelle, sept pays d'Amérique du Sud ont ratifié l'Amendement de Kigali qui impose une réduction progressive des HFC : l'Argentine, le Chili, la Colombie, l'Équateur, le Pérou, le Paraguay et l'Uruguay. Le Brésil n'a pas encore ratifié Kigali. Le manque de normes, ou de normes mises à jour, dans les pays d'Amérique du Sud est l'une des causes de nombreux problèmes qui surviennent lors de la conception, de l'installation et du fonctionnement des équipements de froid et de conditionnement d’air. Dans tous les pays de la région, il n'existe pas de norme spécifique pour les fluides frigorigènes inflammables tels que les hydrocarbures. Le manque de structures dédiées à la formation, couplé à une absence quasi totale de processus de certification des techniciens constituent probablement le principal frein au déploiement plus rapide des fluides frigorigènes naturels. Cela a des répercussions sur les services de maintenance, non formés au bon entretien des équipements, notamment ceux utilisant des fluides frigorigènes inflammables.

 

 

 

 

Sources

(1) Elbel S., The Use of Natural Refrigerants in North America – Current Trends and Future Opportunities. https://iifiir.org/en/fridoc/the-use-of-natural-refrigerants-in-north-america-current-trends-and-145455 (gratuit pour les membres IIF) 

(2) https://iifiir.org/en/news/europe-the-proposal-to-review-the-f-gas-regulation-has-been-published-and-the-proposal-to-ban-pfas-has-been-delayed  

(3) Peixoto R., Current status and future trends of natural refrigerants in South America : https://iifiir.org/en/fridoc/current-status-and-future-trends-of-natural-refrigerants-in-south-145454 (gratuit pour les membres IIF)