La CO2 guadagna terreno nelle applicazioni di refrigerazione industriale

Di: Ilana Koegelenberg

 

La refrigerazione industriale sta attraversando la più grande trasformazione degli ultimi decenni, mentre i sistemi ad anidride carbonica (CO₂ / R744) superano rapidamente i confini tradizionali, mettendo in discussione il predominio di lunga data dell’ammoniaca sul mercato, mentre aumenta la pressione normativa sulle alternative fluorurate. Che cosa sta determinando questo cambiamento e che cosa lo sta frenando?

 

L’adozione industriale accelera 

L’adozione industriale dei sistemi transcritici a CO₂
sta accelerando rapidamente nei principali mercati. Secondo il rapporto di mercato 2024 di ATMOsphere Refrigeranti naturali: lo stato del settore, l’Europa conta oggi circa 4.900 siti industriali che utilizzano tecnologie di refrigerazione a CO₂, con un notevole aumento del 48% rispetto ai 3.300 siti di dicembre 2023. Queste installazioni industriali rappresentano il 5,1% del totale stimato di 95.600 siti transcritici a CO₂ presenti in Europa. 

Il Nord America registra tassi di crescita ancora più elevati, con 870 siti industriali che utilizzavano CO₂
transcritica nel 2024, un aumento del 74% rispetto ai 498 siti del 2023. Il dato comprende 380 siti negli Stati Uniti, rispetto ai precedenti 208, e 490 in Canada, rispetto ai precedenti 290. Le applicazioni industriali rappresentano ora il 17% del totale delle installazioni a CO₂ in Nord America, una quota significativamente superiore al 5,1% dell’Europa. 

La traiettoria di crescita mostra un’accelerazione costante. Le installazioni industriali a CO₂ in Europa sono triplicate da marzo 2021, quando solo 1.640 siti utilizzavano questa tecnologia, mentre l’adozione in Nord America ha acquisito particolare slancio negli ultimi anni.

 

La concorrenza con le tecnologie consolidate 

Nel mercato della refrigerazione industriale, la CO₂
sta mettendo sempre più in discussione l’ammoniaca, un refrigerante naturale che da tempo domina le applicazioni industriali su larga scala.

 

Il perdurante predominio dell’ammoniaca 

Secondo gli esperti del settore, questo predominio ha solide motivazioni. Jeffrey Hinson, Vice President US di CIMCO Refrigeration, il più grande appaltatore di refrigerazione industriale del Nord America, conferma che l’ammoniaca rimane il refrigerante più diffuso nelle applicazioni industriali negli Stati Uniti. «È un refrigerante conosciuto e consolidato nel settore. È molto efficiente durante il funzionamento e offre la capacità necessaria per applicazioni di grande tonnellaggio e per diversi intervalli di temperatura», spiega. 

Wynand Groenewald, President della società statunitense di consulenza ingegneristica per la CO₂ Future Green Now, conferma questa valutazione: «L’ammoniaca continua a essere il refrigerante più utilizzato, perché gli impianti negli Stati Uniti sono semplicemente molto grandi. Gli impianti centralizzati ad ammoniaca rimangono la soluzione di riferimento per le strutture di processo e ad alta capacità». 

Groenewald osserva inoltre che le preferenze degli appaltatori spesso rafforzano questo status quo, al di là dei soli meriti tecnici: «Se dipendesse dagli appaltatori industriali, sarebbe tutto ad ammoniaca».

 

L’espansione della CO₂ sul mercato 

Nonostante questo radicato predominio dell’ammoniaca, la CO₂ sta guadagnando notevole terreno in diverse applicazioni industriali. Andre Patenaude, Director of Solutions Strategy di Copeland, osserva che «la CO₂ continua a svolgere un ruolo sempre più decisivo nella refrigerazione industriale, con molte tendenze che riflettono quanto sta accadendo nei mercati commerciali. Gli obiettivi ESG [ambientali, sociali e di governance] orientano le decisioni relative ai refrigeranti e la transizione dagli HFC è considerata inevitabile». 

I fattori alla base dell’espansione della CO₂ vanno oltre le iniziative aziendali di sostenibilità e comprendono considerazioni pratiche riguardanti la sicurezza, la conformità normativa e le dinamiche di mercato. Questo cambiamento sta inoltre modificando il panorama competitivo. Hinson osserva come si stia evolvendo la stessa struttura del mercato: «Appaltatori meccanici più piccoli stanno entrando nel settore, creando un mercato standardizzato».

 

Segmentazione del mercato in base alla scala 

Questa espansione della CO₂ non avviene in modo uniforme in tutte le applicazioni industriali. Hinson osserva che i magazzini frigoriferi a CO₂ stanno diventando più diffusi nella fascia dimensionale inferiore, pari o al di sotto di 200.000 piedi quadrati. Gli impianti di lavorazione, tuttavia, sono meno comuni a causa della capacità richiesta al sistema o di altre complessità. 

Piuttosto che una sostituzione generalizzata, questa adozione segmentata crea un posizionamento strategico nel quale CO₂ e ammoniaca servono applicazioni distinte. Groenewald offre una visione complessiva di questa evoluzione del mercato: «La CO₂ sta esercitando un impatto significativo nel settore industriale. Esiste certamente una tendenza a sostituire con sistemi a CO₂ gli impianti che avrebbero utilizzato prevalentemente HFC, quindi l’adozione della CO₂ nel settore industriale è chiaramente evidente». 

È fondamentale sottolineare che questa crescita punta alla sostituzione degli HFC piuttosto che a quella dell’ammoniaca, riflettendo una segmentazione del mercato anziché una concorrenza diretta tra refrigeranti naturali. 

Groenewald osserva che gli impianti negli Stati Uniti sono semplicemente così grandi che l’ammoniaca rimane ideale per molte applicazioni, ma la CO₂
sta trovando la propria nicchia: «A mio parere, l’ammoniaca a bassa carica ha perso slancio. Ritengo che la CO₂ stia occupando una parte maggiore dello spazio in cui si prenderebbe in considerazione l’ammoniaca a bassa carica, mentre gli impianti centralizzati ad ammoniaca rimangono la soluzione di riferimento per le strutture di processo e ad alta capacità».

 

I fattori normativi ridisegnano il mercato 

La drastica crescita dell’adozione industriale della CO₂
deriva in larga misura dalla pressione normativa, che varia significativamente tra l’approccio globale dell’UE e l’attuazione stato per stato negli Stati Uniti. Comprendere questi quadri normativi è essenziale per spiegare i modelli di segmentazione del mercato nelle diverse regioni.

 

Normativa UE: un quadro completo 

Il Regolamento F-Gas riveduto dell’UE, entrato in vigore l’11 marzo 2024, stabilisce il quadro più completo al mondo per l’eliminazione dei gas fluorurati. 

Giacomo Pisano, Sales Manager del produttore italiano di compressori Dorin, spiega l’impatto del regolamento: «Grazie al nuovo Regolamento F-Gas, i refrigeranti sintetici incontrano ora molte più difficoltà nelle applicazioni industriali di piccole e medie dimensioni, aprendo la strada ai refrigeranti naturali, in particolare alla CO₂». 

Principali traguardi normativi:

• 2027: divieto di utilizzare gas fluorurati con Global Warming Potential (GWP) ≥150 nei nuovi refrigeratori con capacità fino a 12 kW; per i refrigeratori più grandi, limite di GWP ≤750

• 2032: divieto totale dei refrigeranti fluorurati in tutti i refrigeratori con capacità fino a 12 kW

• 2050: eliminazione totale dei gas fluorurati

 

Il regolamento include importanti eccezioni per le «apparecchiature necessarie a soddisfare i requisiti di sicurezza nel sito di funzionamento», riconoscendo le complesse considerazioni relative alla sicurezza nelle applicazioni industriali. 

Il regolamento UE collega inoltre esplicitamente i gas fluorurati ai PFAS, sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche, affermando che è «dimostrato o si sospetta che alcuni gas fluorurati a effetto serra si degradino in PFAS». Questo collegamento rende più urgente la transizione dai refrigeranti HFO verso alternative naturali come la CO₂ e l’ammoniaca. 

Il regolamento riveduto impone inoltre agli Stati membri di istituire programmi di certificazione per i tecnici che lavorano con refrigeranti naturali, affrontando una carenza critica di competenze nel settore industriale, dove la tecnologia a CO₂ è meno conosciuta rispetto ai sistemi ad ammoniaca consolidati.

 

Normativa statunitense: innovazione guidata dagli Stati e incertezza federale 

Gli Stati Uniti operano nell’ambito di un approccio normativo frammentato, che crea sia forti incentivi sia esitazioni tra gli operatori industriali. La certezza normativa, o la sua assenza, svolge un ruolo cruciale nei modelli di adozione industriale della CO₂, determinando andamenti diversi nei vari Stati. 

Questa complessità normativa crea un mercato a due velocità, nel quale alcuni Stati promuovono un’adozione rapida, mentre altri mantengono un approccio attendista. La capacità di prepararsi alle normative future diventa quindi un fattore critico per gli operatori industriali che pianificano investimenti a lungo termine nella refrigerazione. 

Sebbene l’American Innovation and Manufacturing (AIM) Act federale fornisca una struttura di base fino al 2028, gli Stati più avanzati stanno attuando scadenze molto più ambiziose, che incidono direttamente sulle scelte relative alla refrigerazione industriale: 

Lo Stato di New York ha stabilito alcuni dei requisiti più rigorosi, con normative definitive sugli HFC che includono disposizioni industriali specifiche:

• Piste di ghiaccio: gas fluorurati con GWP20 >580 vietati dal 1° gennaio 2026; GWP20 >10 vietati dal 1° gennaio 2030

• Tutti i refrigeratori: gas fluorurati con GWP20 >20 vietati dal 1° gennaio 2030

 

Lo Stato di Washington interviene direttamente sulla refrigerazione industriale con restrizioni complete sulle apparecchiature:· 

•  2025: le nuove apparecchiature di refrigerazione commerciale e industriale, esclusi i refrigeratori, devono utilizzare refrigeranti con GWP ≤150

• 2029: requisiti di retrofit e limite di GWP ≤750 per i refrigeratori industriali

• Struttura tariffaria: tariffe annuali per i sistemi industriali che utilizzano refrigeranti ad alto GWP con cariche superiori a 200lbs

 

La California combina la pressione normativa con incentivi finanziari attraverso il proprio F-gas Reduction Incentive Program (FRIP) da $65 milioni, rivolto specificamente alle applicazioni industriali:

• Gli impianti di refrigerazione per processi industriali e i magazzini frigoriferi dotati di sistemi che utilizzano refrigeranti con GWP >1.800 possono accedere ai finanziamenti per la sostituzione

• $5 milioni destinati alla sostituzione degli impianti di refrigerazione per processi industriali

• $3 milioni per i magazzini frigoriferi e altre applicazioni di refrigerazione

• I requisiti di ammissibilità impongono di fatto alternative a GWP estremamente basso, come la CO₂, con GWP pari a 1, per le sostituzioni finanziate

 

Forze di mercato: fattori trainanti e ostacoli 

Oltre ai quadri normativi, l’adozione industriale della CO₂
è interessata da ulteriori forze di mercato, che creano sia forti fattori trainanti sia ostacoli significativi.

 

Ostacolo: lacune nelle conoscenze 

Il settore deve affrontare notevoli sfide in termini di capitale umano, con una carenza di competenze che si manifesta a più livelli, dagli operatori agli appaltatori. Patenaude spiega che, sebbene molti operatori negli Stati Uniti conoscano la refrigerazione a CO₂, «la maggior parte non ha avuto l’opportunità di valutare direttamente le prestazioni dei sistemi a CO₂ . Molti nutrono quindi riserve nei confronti della CO₂, perché per loro rappresenta una novità». 

La lacuna nelle conoscenze riguarda anche la consapevolezza dei progressi tecnologici. Gli operatori industriali potrebbero inoltre non sapere che «il panorama tecnologico si è evoluto per agevolare l’impiego della CO₂ nella refrigerazione industriale, anche per quanto riguarda compressione, controlli, valvole e relativi componenti di sistema», osserva Patenaude. 

I limiti produttivi aggravano queste difficoltà. Pisano rileva limitazioni regionali della capacità, soprattutto negli Stati Uniti: «Il principale ostacolo è la carenza di capacità produttiva. Non vi sono abbastanza OEM per soddisfare le effettive esigenze del mercato». 

Riconoscendo queste carenze di competenze, i produttori stanno sviluppando programmi di supporto completi per colmare il deficit di conoscenze nelle applicazioni industriali della CO₂. «Ci impegniamo ad aiutare gli appaltatori industriali e i progettisti di sistemi a migliorare le proprie competenze sulla CO₂
», spiega Patenaude. «I nostri team di ingegneria collaborano attivamente con loro per progettare e installare i sistemi, facilitando il percorso di apprendimento e preparando le loro attività al successo nel lungo periodo». 

Questo supporto comprende strategie di attuazione concepite per ridurre il rischio legato all’adozione. Patenaude raccomanda un approccio graduale: «Agli operatori che intendono effettuare la transizione consigliamo di acquisire familiarità con la refrigerazione a CO₂ attraverso prove sul campo su scala ridotta. È un modo eccellente per collaudare le più recenti tecnologie a CO₂ e ottenere le conferme necessarie per procedere all’installazione di un impianto di refrigerazione a CO₂
più grande».

 

Fattore trainante: sicurezza e urbanizzazione 

Il principale fattore trainante nelle applicazioni industriali differisce nettamente dalle motivazioni del settore commerciale. Mentre l’adozione commerciale deriva spesso dagli obiettivi aziendali di sostenibilità, quella industriale è spesso determinata da considerazioni pratiche relative alla sicurezza. Patenaude spiega: «L’urbanizzazione ha avvicinato un maggior numero di persone a quelli che un tempo erano magazzini frigoriferi isolati, portando le autorità locali a esprimere riserve sull’uso dell’ammoniaca. In quanto refrigerante A1 non tossico e non infiammabile, la CO₂
attenua i problemi di sicurezza». 

Questa tendenza all’urbanizzazione sta ridisegnando le decisioni relative alla refrigerazione industriale in entrambe le regioni. Le installazioni ad ammoniaca sono soggette a requisiti normativi e documentali sempre più numerosi, che ne complicano il funzionamento e rendono il profilo di sicurezza della CO₂ sempre più interessante per gli impianti situati in aree densamente popolate.

 

Fattore trainante: compressori di maggiori dimensioni 

L’espansione della presenza della CO₂ sul mercato dipende in larga misura dagli sviluppi tecnologici volti a superare i limiti di capacità, e lo sviluppo di compressori più grandi rappresenta il progresso più importante per la sostenibilità delle applicazioni industriali. I produttori su entrambe le sponde dell’Atlantico stanno investendo massicciamente nell’aumento della scala delle apparecchiature per competere con la consolidata gamma di capacità dell’ammoniaca. 

Groenewald sottolinea che «compressori transcritici a CO₂ di maggiori dimensioni stanno entrando sul mercato e stanno aprendo il dibattito sugli impianti a CO₂ ad alta capacità». Ciò rappresenta un cambiamento fondamentale per il potenziale industriale della CO₂, come osserva: «Le principali innovazioni sono i compressori e i componenti di maggiori dimensioni». 

La disponibilità di compressori più grandi apre nuove possibilità. Patenaude mette in evidenza i nuovi compressori monovite subcritici e transcritici a CO₂ di Copeland, che consentono la realizzazione di impianti di refrigerazione a CO₂ di livello industriale. «Queste robuste soluzioni a CO₂ supportano capacità di grande tonnellaggio e richiedono al contempo un numero inferiore di compressori, semplificando notevolmente l’impiego della CO₂ nella refrigerazione industriale». 

Groenewald osserva tuttavia che, al di là dell’aumento di scala, l’innovazione è stata limitata: «Purtroppo, la tecnologia è rimasta in gran parte invariata. Ritengo che gli Stati Uniti si trovino in una fase in cui cercano di farla funzionare e di comprenderla, anziché concentrarsi sulle nuove tecnologie».

 

Fattore trainante: disponibilità di apparecchiature modulari 

Oliver Javerschek, Project Manager del produttore tedesco BITZER, offre il punto di vista del maturo mercato europeo della CO₂ industriale, spiegando i vantaggi degli approcci modulari nelle applicazioni industriali: «La progettazione modulare dei sistemi con più compressori può offrire vantaggi nelle applicazioni su scala industriale. Da un lato, per il concetto generale è interessante suddividere tra due sistemi diversi livelli di temperatura, come quelli relativi alla messa in servizio e allo stoccaggio. Dall’altro, l’efficienza a carico parziale dei sistemi modulari è elevata, poiché con diversi compressori è possibile modulare il controllo della capacità meglio che con un unico grande compressore». 

Questo approccio risponde ai particolari profili di carico degli impianti industriali. Javerschek spiega che «i centri di distribuzione o gli impianti di lavorazione alimentare sono generalmente caratterizzati da un carico elevato negli stadi a media e bassa temperatura durante la movimentazione delle scorte e la produzione, mentre per il resto del tempo è richiesto un carico parziale pari soltanto a un terzo o a un quinto della capacità nominale». Questa variazione del carico rende preziosi i sistemi modulari con prestazioni superiori a carico parziale. 

Tuttavia, nonostante le opportunità in termini di efficienza, Javerschek osserva che «l’industria preferisce utilizzare soluzioni standard, come la tecnologia dei sistemi modulari con bypass del gas di flash ed evaporazione a espansione diretta. L’aumento dell’efficienza si ottiene utilizzando scambiatori di calore o compressori più efficienti, anziché complesse tecnologie di miglioramento dell’efficienza che aumentano l’impegno tecnico».

 

Conclusione: a un bivio 

Il settore della refrigerazione industriale si trova in un momento decisivo. Sebbene la crescita della CO₂ del 48% in Europa e l’impennata del 74% in Nord America indichino un reale slancio, questi numeri celano una realtà più articolata: la CO₂ non sta semplicemente sostituendo i refrigeranti sintetici nelle applicazioni industriali, ma sta creando nuovi segmenti di mercato, coesistendo con il perdurante predominio dell’ammoniaca. 

Il percorso futuro dipende da tre sviluppi critici. In primo luogo, il continuo aumento di scala della tecnologia dei compressori per raggiungere le soglie di capacità nelle quali attualmente predomina l’ammoniaca. In secondo luogo, uno sviluppo completo della forza lavoro per colmare la lacuna nelle conoscenze, che rimane il principale ostacolo tra gli appaltatori. In terzo luogo, quadri normativi che riconoscano la complessità della refrigerazione industriale, mantenendo al contempo la pressione verso soluzioni a GWP inferiore. 

La traiettoria suggerisce che l’adozione industriale della CO₂
seguirà un andamento diverso rispetto ai mercati commerciali. Anziché una sostituzione generalizzata, appare probabile una crescita segmentata, nella quale la CO₂
conquisterà le applicazioni di media scala, in particolare nelle aree urbane dove l’ammoniaca è soggetta a restrizioni, mentre l’ammoniaca manterrà la propria posizione dominante nei grandi impianti di lavorazione. 

Per gli operatori industriali, la questione non è se scegliere la CO₂ o l’ammoniaca, bensì comprendere dove ciascuna tecnologia offra prestazioni ottimali in un contesto sempre più regolamentato. 

 

Per maggiori informazioni sulle tendenze della CO₂ commerciale nell’UE e negli Stati Uniti.

Leggete la nostra guida: Informazioni essenziali sulla tecnologia di refrigerazione a CO₂
Scoprite come funzionano i cicli transcritici e subcritici, perché la CO₂ presenta un profilo termodinamico unico e come si confronta con HFC, HFO, ammoniaca e idrocarburi.

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