Nuovi refrigeranti per la climatizzazione residenziale: scenari normativi e innovazioni tecnologiche

La normativa F-gas rappresenta uno dei pilastri fondamentali della strategia dell'Unione Europea per ridurre le emissioni di gas serra e contrastare il cambiamento climatico nel settore della climatizzazione; introdotta con il Regolamento (UE) n. 517/2014 e recentemente aggiornata con l'adozione del Regolamento (UE) 2024/573, essa ha lo scopo di ridurre progressivamente l'uso dei gas fluorurati ad alto potenziale di riscaldamento globale (GWP), promuovendo l'adozione di refrigeranti più sostenibili e tecnologie a basso impatto ambientale. Il regolamento europeo stabilisce un calendario preciso di phase-down che prevede la drastica riduzione delle emissioni di F-gas imponendo una riduzione graduale delle quote di HFC immesse sul mercato attraverso un sistema di licenze e quote annuali con l’obiettivo di eliminarli (phase-out) entro il 2050. Nel contesto residenziale, la normativa F-gas si traduce in vincoli specifici per le apparecchiature di climatizzazione domestica.

Il Global Warming Potential (GWP) quantifica l'effetto serra di un gas rispetto alla CO2 (GWP = 1), tenendo conto dell'efficienza del gas nell'assorbire radiazione infrarossa e della durata della sua permanenza nell'atmosfera, calcolato su un orizzonte temporale standardizzato di 100 anni. Quanto maggiore è il valore GWP, tanto maggiore è il contributo del determinato gas al riscaldamento globale. I cosiddetti F-gas (fluorinated gases) sono comunemente utilizzati nei sistemi di refrigerazione, condizionamento e pompe di calore per le loro eccellenti proprietà termodinamiche: elevata capacità refrigerante, stabilità chimica, compatibilità con i materiali degli impianti e assenza di tossicità diretta, tuttavia, il loro impatto ambientale può essere notevole quando rilasciati nell'atmosfera. Tale impatto ambientale va oltre il solo GWP e include considerazioni sul ciclo di vita completo: dall'estrazione delle materie prime per la produzione, all'efficienza energetica degli impianti durante l'utilizzo, fino alla gestione del fine vita; è stato recentemente dimostrato che l'impatto indiretto legato al consumo energetico rappresenta spesso la componente dominante dell'impronta carbonica totale di un sistema di climatizzazione residenziale.

In passato, il settore della climatizzazione residenziale si affidava principalmente a refrigeranti HFC (idrofluorocarburi) caratterizzati da elevati valori di GWP. I più diffusi includevano l'R-410A (GWP = 2.088), utilizzato principalmente nei climatizzatori residenziali split e multi-split, l'R-134a (GWP = 1.430), impiegato in applicazioni automotive e alcune pompe di calore, e l'R-404A (GWP = 3.922), riservato prevalentemente ad applicazioni commerciali ma occasionalmente presente in sistemi residenziali di grandi dimensioni. La necessità di ridurre il GWP ha spinto il settore verso l'adozione di refrigeranti alternativi con un impatto ambientale sensibilmente più contenuto. L'avvento degli HFO (idrofluoroolefine) rappresenta una soluzione di transizione significativa; questi gas sintetici, composti da atomi di idrogeno, fluoro e carbonio e caratterizzati dalla presenza di un doppio legame nella loro struttura chimica (olefine), sono più reattivi e presentano una "vita atmosferica" molto breve rispetto agli HFC, contribuendo al raggiungimento di un potenziale di riscaldamento globale decisamente inferiore. Esempi significativi per il settore residenziale includono l'R-1234yf (GWP = 4) e l'R-1234ze (GWP = 7), spesso utilizzati in miscele con altri refrigeranti per ottimizzare le prestazioni termodinamiche. L'R-32, pur essendo tecnicamente un HFC, presenta un GWP relativamente basso (675) e rappresenta una soluzione di transizione ampiamente adottata nei climatizzatori residenziali di nuova generazione.

Il settore sta progressivamente orientandosi verso l'utilizzo di refrigeranti naturali, sostanze ampiamente disponibili in natura, con Potenziale di Impoverimento dell'Ozono (ODP) nullo e con GWP estremamente bassi. Con un GWP = 3, il propano (R-290) rappresenta una delle soluzioni più promettenti per la climatizzazione residenziale, offrendo eccellenti prestazioni termodinamiche, elevata efficienza energetica e compatibilità con oli minerali e sintetici, tuttavia, la sua elevata infiammabilità richiede particolare attenzione progettuale con limitazioni sulla carica massima e requisiti specifici per l'installazione e la ventilazione. L’anidride carbonica (CO2 - R-744), con GWP = 1, offre prestazioni energetiche elevate, specialmente nelle applicazioni a basse temperature e nei sistemi con elevati salti termici; non è infiammabile né tossica, ma richiede una progettazione componentistica specifica per gestire le pressioni operative decisamente elevate nel ciclo termodinamico (fino a 120 bar), comportando costi maggiori per compressori, scambiatori e componenti di sicurezza.

Sebbene meno utilizzata in ambito residenziale e più indicata nei settori produttivi e in impianti di grandi dimensioni, l'ammoniaca (R-717) merita menzione come alternativa naturale agli HFO; essa può vantare eccellenti proprietà termodinamiche con consumo energetico ridotto, impatto ambientale nullo (GWP e ODP = 0) e notevole versatilità negli impieghi ad alta potenza. Le principali limitazioni riguardano la tossicità per l'uomo, che richiede sistemi di sicurezza avanzati e sensori di rilevamento perdite, la leggera infiammabilità e l'incompatibilità con materiali comuni come il rame a causa della sua natura corrosiva.

Nello stato dell’arte della climatizzazione residenziale, lo sviluppo di compressori ottimizzati per l'R-290 sta permettendo l'aumento delle potenze disponibili, con prototipi di pompe di calore residenziali fino a 35 kW. Sistemi di sicurezza avanzati, inclusi sensori di gas IoT-enabled e sistemi di ventilazione automatica, stanno riducendo le barriere all'adozione su larga scala. Stanno inoltre emergendo soluzioni ibride che combinano diversi refrigeranti in circuiti separati ottimizzati per specifiche condizioni operative, massimizzando l'efficienza energetica stagionale e riducendo l'impatto ambientale complessivo. Infine, lo sviluppo di sistemi avanzati per il recupero, la purificazione e il riutilizzo dei refrigeranti sta diventando decisivo per minimizzare le perdite durante interventi manutentivi e gestione del fine vita, contribuendo significativamente alla riduzione delle emissioni dirette.