¿Por qué seguimos usando gases de efecto invernadero en los acondicionadores de aire de nuestras casas?

Los acondicionadores de aire son una fuente importante de gases de efecto invernadero. En Drawdown del proyecto La lista de 2017 de más de 100 oportunidades para reducir el calentamiento global causado por el hombre, la tecnología más limpia para refrigeración y aire acondicionado está en lo más alto.

Entonces, aquí en mi casa, ¿qué tiene de sucio nuestro aire acondicionado? Como estoy usando energía solar, la energía para operar el aire acondicionado no es el problema. Pero, para sacar el calor de la casa y moverlo al intercambiador de calor en el patio trasero, el acondicionador de aire usa refrigerante.

Desmitificando refrigerantes

Desde la década de 1930 hasta la de 1980, los refrigerantes plantearon dos problemas ambientales importantes: eran gases de efecto invernadero extremadamente potentes y dañaban la capa de ozono.

Gracias a algunos rápidos legislación en la década de 1980, ya no usamos refrigerantes que dañan la capa de ozono. En la Escala Regreen, que se inspira en la calidad del aire niveles que se utilizan para rastrear incendios forestales, describimos estos refrigerantes que agotan la capa de ozono como refrigerantes de “paso 0”.

A pesar del progreso de la década de 1980, todavía usamos gases de efecto invernadero como refrigerantes. Cada acondicionador de aire doméstico viene con una etiqueta adhesiva en el lateral con información detallada sobre su refrigerante. El acondicionador de aire en mi patio trasero tiene 10 libras de un refrigerante llamado R-410a (Paso 1 en la escala Regreen). Si todo ese refrigerante se filtrara, causaría tanto calentamiento global como quemar 1,100 galones de gasolina, en otras palabras, 110 tanques de gasolina en un tanque de gasolina de 10 galones.

Y, en total probabilidad, al menos parte del refrigerante se escapará. Legalmente hablando, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. requiere que los propietarios de viviendas reparen los aires acondicionados con fugas. Pero cuando le pregunté a un técnico de aire acondicionado sobre esto, me dijo que responde a muchas llamadas por semana para reparar fugas de refrigerante en los aires acondicionados. En muchos casos, el aire acondicionado ya ha perdido tanto refrigerante que ya no enfría la casa. Ese refrigerante se ha filtrado en la atmósfera y está calentando nuestro planeta.

No todos los tipos de refrigeración son tan sucios como el aire acondicionado doméstico. La Unión Europea tiene prohibido súper gases de efecto invernadero en los aires acondicionados de automóviles nuevos desde 2017, y más de medio de los autos nuevos en los EE. UU. ahora también usan refrigerantes limpios.

En refrigeración de supermercados, la EPA ha prohibido súper gases de efecto invernadero de nuevos equipos a partir de 2024, y muchas cadenas de supermercados están rápidamente en transición para limpiar refrigerantes. La EPA espera eliminar gradualmente los refrigerantes de gases de efecto invernadero de los nuevos refrigeradores domésticos para 2025, y los refrigeradores con refrigerantes limpios ya están disponibles. disponible a los consumidores En 2021, el nosotros. aprobó leyes para reducir las ventas de refrigerantes de gases de efecto invernadero en los EE. UU. en un 85 % para 2036.

Pero los acondicionadores de aire domésticos siguen siendo un vacío en esta legislación. Como propietario de una casa que se preocupa por el medio ambiente, me encantaría instalar un aire acondicionado central que no utilice gases de efecto invernadero. Incluso estaría dispuesto a ser uno de los primeros en adoptar y pagar sustancialmente más que el precio de un acondicionador de aire ordinario. Pero, que yo sepa, ningún acondicionador de aire de este tipo está disponible para los consumidores estadounidenses.

Posibles soluciones Refrigerante limpio listo para usar y un nuevo acondicionador de aire

Otras industrias, como la refrigeración de supermercados y el aire acondicionado de automóviles, ya han avanzado mucho en el cambio a refrigerantes limpios. En los aires acondicionados de los automóviles, el refrigerante más popular en los EE. UU. y la UE es un refrigerante llamado R-1234yf (Paso 4 en la escala Regreen), que desde la perspectiva del calentamiento global es miles de veces limpiador que el refrigerante R-410a que usamos hoy en día en los aires acondicionados domésticos.

Además, en la refrigeración de los supermercados, el CO2 es un refrigerante del Paso 4 cada vez más popular. El CO2 es un gas de efecto invernadero, pero es miles de veces más limpio que el R-410a.

Entonces, ¿podría la próxima generación de acondicionadores de aire para el hogar adoptar uno de estos refrigerantes que ha funcionado tan bien para limpiar otras industrias? Para investigar esto, hablé con el profesor de ingeniería mecánica Urbana-Champaign de la Universidad de Illinois. Pega Hrnjakquien ha pasado los últimos 30 años estudiando tecnologías para refrigeración y aire acondicionado.

Primero, ¿podríamos usar R-1234yf de la industria automotriz en acondicionadores de aire domésticos? Según Hrnjak, esto técnicamente funcionaría, pero hay un desafío. El R-1234yf no se puede comprimir tanto como el R-410a, por lo que la tubería y otros componentes del acondicionador de aire R-1234yf tendrían que ser un poco más grandes y más caros.

Alternativamente, un número creciente de sistemas de refrigeración de supermercados usan dióxido de carbono como refrigerante, entonces, ¿qué tal usar dióxido de carbono en acondicionadores de aire domésticos? Hrnjak dijo que “al CO2 le gusta comprimirse más que al R-410a, y esto permite que la tubería y otros componentes sean más pequeños, y potencialmente más baratos, que un acondicionador de aire basado en R-410”.

El CO2 también es una buena opción en otros aspectos: es económico. No es inflamable. Por lo tanto, soy optimista de que los aires acondicionados domésticos a base de CO2 pueden ser una gran solución que combina la rentabilidad, la eficiencia energética y, lo que es más importante, no tiene el efecto extremo sobre el calentamiento global que tienen los aires acondicionados domésticos basados ​​en R-410a de hoy. Los aires acondicionados tienen.

El enfoque de desarrollar nuevos acondicionadores de aire que utilicen refrigerantes más limpios es prometedor. Requeriría una transición gradual donde, quizás para 2025, los nuevos acondicionadores de aire para el hogar usarían refrigerante limpio. Pero los acondicionadores de aire más antiguos continuarían provocando fugas y emitiendo una gran cantidad del súper gas de efecto invernadero R-410a a la atmósfera.

Refrigerante nuevo y mismo aire acondicionado

¿Qué pasaría si hubiera una manera de actualizar los acondicionadores de aire actuales con un refrigerante más limpio? Hace unos años, un grupo del Instituto Nacional de Normas y Tecnología hizo un análisis de computadora de más de 1 millón de refrigerantes potenciales. Desafortunadamente, NIST no encontró un reemplazo perfecto para el R-410a.

Sin embargo, existen otros ángulos para abordar este problema. En primer lugar, existe la posibilidad de mezclar varios refrigerantes para crear un sustituto del R-410a. En segundo lugar, en los años transcurridos desde el estudio del NIST, los sistemas de IA se han vuelto más hábiles para descubrir nuevas moléculas y materiales. Por ejemplo, AI jugó un papel fundamental en el rápido desarrollo de la vacuna Moderna COVID.

¿Podríamos usar IA para inventar un nuevo refrigerante que pueda “vacunar” a los acondicionadores de aire domésticos de hoy en día de las potentes emisiones de gases de efecto invernadero?

Para explorar esto, hablé con el profesor de ingeniería química de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah. S. Mani Sarathy. El equipo de Sarathy ha estado utilizando IA para predecir las propiedades de cientos de tipos de moléculas de hidrocarburos, que se utilizan tanto como combustible como refrigerante en pequeños dispositivos como refrigeradores.

Cuando le pregunté a Sarathy si su enfoque podría ayudar a desarrollar refrigerantes más limpios, dijo: “Ya hemos aplicado este enfoque para desarrollar combustibles renovables que se queman de manera más limpia que sus contrapartes fósiles. Soy optimista de que el mismo enfoque funcionaría para considerar millones de moléculas de refrigerante potenciales y predecir con precisión sus propiedades térmicas. También podríamos optimizar para baja toxicidad y baja inflamabilidad”.

En resumen, hay al menos dos soluciones de ingeniería convincentes para este problema: podríamos desarrollar nuevos acondicionadores de aire para el hogar que usen los refrigerantes más limpios del Paso 4 que tenemos hoy, o podríamos inventar un refrigerante limpio del Paso 4 para usar en los acondicionadores de aire que tenemos. ya tengo. Considerándolo todo, soy increíblemente optimista de que la tecnología para limpiar los acondicionadores de aire domésticos tendrá éxito.