Repensar el aire acondicionado en medio del cambio climático

Fue un día monumental para el movimiento ambientalista hace más de 30 años cuando los 198 países del mundo acordaron algo por primera y única vez. Firmaron el Protocolo de Montreal, haciendo un pacto para eliminar gradualmente una lista de productos químicos que dañan la capa de ozono de la Tierra. Los principales entre estos fueron los clorofluorocarbonos (CFC) y los hidroclorofluorocarbonos utilizados por la industria de enfriamiento y refrigeración. Rápidamente se encontraron alternativas, como los hidrofluorocarbonos (HFC).

Pero en los últimos años, los científicos se han dado cuenta de que el Protocolo de Montreal de 1987 podría haber cambiado un problema inmediato por uno a largo plazo. Aunque los HFC no causan el mismo daño a la capa de ozono que los CFC, los químicos tienen un potencial de calentamiento cientos a miles de veces mayor que el del CO2 —lo que hace que su creciente uso global sea motivo de preocupación—.

La revolución industrial del siglo XX vio un gran auge en la industria del aire acondicionado y la refrigeración en Europa y América del Norte. Ahora, a medida que las naciones en desarrollo impulsan sus economías, países como China, India y Nigeria están experimentando un aumento vertiginoso de la demanda de estos electrodomésticos.

Según un informe de 2020 del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, se utilizan alrededor de 3.600 millones de aparatos de refrigeración —para enfriar edificios y refrigerar alimentos y otros artículos, como medicamentos— y se espera que el número aumente a 9.500 millones para 2050. Además, esa cifra sería de 14.000 millones si todos los que necesitan servicios de refrigeración pudieran adquirirlos, según una estimación.

Knowable Magazine habló con Shelie Miller, ingeniera ambiental de la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la Universidad de Michigan. Miller fue coautora de un artículo en el Annual Review of Environment and Resources de 2021 que examinó la creciente demanda mundial de enfriamiento y refrigeración, sus efectos en las emisiones de gases de efecto invernadero y las posibles soluciones. Esta conversación ha sido editada por su extensión y para mayor claridad.

Esto puede sonar como un tema extraño para mucha gente. ¿Por qué deberíamos preocuparnos por la industria del enfriamiento y la refrigeración?

Cuando las personas piensan en los impactos ambientales que deben abordarse, es muy raro que piensen en los servicios de refrigeración. Pero es un tema increíblemente importante que realmente no se está abordando. El “servicio de refrigeración” es una categoría muy amplia que se refiere a entornos con temperatura controlada. Y se cruza con los sectores de la construcción, el transporte y la alimentación. Tiene un tremendo impacto cuando comienzas a observar el uso global de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Y la industria espera experimentar un crecimiento exponencial en los países en desarrollo. Por lo tanto, es importante que nos demos cuenta del impacto general de la industria.

¿Cómo afecta la industria del enfriamiento y la refrigeración al medio ambiente?

Enfriar un ambiente, ya sea un refrigerador doméstico o un aire acondicionado, requiere una enorme cantidad de energía. Debido a que nuestras redes eléctricas dependen en gran medida de los combustibles fósiles, cualquier uso de energía que se destine a reducir la temperatura también emite gases de efecto invernadero. Entonces, gran parte del impacto ambiental es simplemente el consumo de una cantidad increíble de energía, en gran parte basada en combustibles fósiles.

Además, cuando hablamos de la tecnología de enfriar espacios, eso requiere algo llamado refrigerantes. Los refrigerantes son productos químicos que se utilizan para reducir las temperaturas y los refrigerantes convencionales suelen tener un alto potencial de calentamiento global.

Entonces, aunque estamos usando una cantidad relativamente pequeña de refrigerantes, el impacto de los refrigerantes cuando se filtran a la atmósfera termina teniendo un gran impacto en el clima.

Antes usábamos refrigerantes como los CFC que tuvieron un impacto devastador en la capa de ozono. Así que los prohibimos e introdujimos nuevos químicos. Con esto, ¿solo intercambiamos problemas?

Uno de los grandes éxitos ambientales es la prohibición de ciertas sustancias químicas que agotan la capa de ozono. Como usted mencionó, una de las principales convenciones ambientales, el Protocolo de Montreal, prohibió el uso de productos químicos que agotan la capa de ozono en la industria de los refrigerantes. Como reemplazo, se nos ocurrió utilizar los hidrofluorocarbonos o HFC. Y eso hizo un gran y efectivo trabajo de reducir el agotamiento del ozono, pero a costa de calentamiento.

Y así intercambiamos el potencial de agotamiento del ozono por altas emisiones de gases de efecto invernadero. En otro acuerdo internacional llamado Enmienda de Kigali, las naciones están tratando de abordar los problemas asociados con las emisiones de gases de efecto invernadero de los refrigerantes. Así que ahora estamos tratando de tener refrigerantes alternativos que también tengan un menor potencial de calentamiento global.

¿De qué tipo de refrigerantes alternativos estamos hablando? ¿Me puede dar algunos ejemplos?

En realidad, algunos de ellos pueden ser cosas como el dióxido de carbono, que se puede usar como un refrigerante alternativo al usar las propiedades termodinámicas de los gases y los métodos comunes a las tecnologías de bombas de calor. Los sistemas de enfriamiento basados ​​en CO2 usan CO2 altamente comprimido y luego manipulan la presión del gas. Cuando el gas se expande debido a la presión reducida, absorbe calor. A diferencia de muchos refrigerantes comunes que pueden tener potenciales de gases de efecto invernadero de órdenes de magnitud mayores que el CO2, cualquier CO2 que se escape de estos sistemas de enfriamiento tiene un potencial de calentamiento mínimo.

¿Se está planeando industrializar el proceso de uso de refrigerantes alternativos? ¿Hay algún proceso ya en el mercado? ¿O solo está en la fase de desarrollo?

Creo que definitivamente hay un gran interés en algunos de estos nuevos refrigerantes alternativos. Y pueden ser muy efectivos. Sin embargo, creo que hay un desafío, ya que muchos de nuestros equipos instalados tienen estos HFC históricos. Y así, incluso si tenemos refrigerantes alternativos que van en equipos recién instalados, todavía tenemos este stock general de refrigerantes en nuestros edificios, aires acondicionados y refrigeradores que causan una gran amenaza de calentamiento, particularmente cuando los dispositivos están al final de su vida útil.

¿Por qué está tan interesada en el crecimiento de esta industria en los países en desarrollo? ¿Cuánto se espera que la industria de la refrigeración se expanda en estas partes del mundo?

Una de las principales razones para preocuparse por los servicios de refrigeración, como industria, es el tremendo crecimiento esperado, no solo en uno, sino en dos sectores principales. El primero es en la refrigeración de edificios, que incluye la climatización de los espacios. El segundo es la refrigeración de productos —mantener productos como carne, verduras y vacunas frescos y seguros a lo largo de sus cadenas de suministro—.

Ambos servicios están experimentando actualmente, o se espera que experimenten, un rápido crecimiento en los países en desarrollo en las próximas décadas. Si no nos ocupamos de los servicios de enfriamiento como una industria y reducimos los impactos ambientales generales, entonces veremos un tremendo crecimiento en el impacto ambiental.

Cuando uno observa cosas como el aire acondicionado doméstico, en gran parte del mundo en desarrollo no tienen un amplio acceso. Pero nos enfrentamos a un clima cada vez más cálido, por lo que la demanda de servicios de refrigeración, especialmente en edificios, será fundamental para la salud y la seguridad.

La gente se está volviendo más adinerada y está pagando por los servicios de refrigeración. Los tipos de aire acondicionado más eficientes son los sistemas centralizados que calentarán edificios y residencias completos. Desafortunadamente, eso a menudo se ofrece a un precio que está fuera de la capacidad de pago del consumidor y que requiere modificaciones masivas de los edificios existentes. Es por eso por lo que veremos muchas unidades de aire acondicionado para habitaciones que se instalarán en las principales ciudades de los países en desarrollo.

Además de los impactos en el calentamiento, ¿hay otros tipos de impactos ambientales por los que deberíamos preocuparnos?

Los grandes tienden a asociarse con el potencial de calentamiento global. Pero cualquier cosa que requiera energía tiene todos los impactos asociados con el sector eléctrico. Si está hablando de redes eléctricas que dependen en gran medida del carbón, tiene muchas emisiones de calidad del aire localizadas; tiene emisiones mineras asociadas con la minería del carbón; y toda la lista de toxinas y otros problemas de calidad del aire asociados con la quema de carbón.

¿Qué tan grave cree que es este problema? ¿En qué medida el sector de la refrigeración y los aires acondicionados tiende a dañar el medio ambiente?

Se remonta a esta idea: refrigerar espacios requiere una enorme cantidad de energía. Incluso los aires acondicionados y refrigeradores muy eficientes requieren mucha energía para funcionar. Si no tenemos una red de energía limpia, siempre habrá impactos ambientales asociados con la expansión de los servicios de refrigeración.

Dicho esto, incluso si uno tuviera una red eléctrica perfectamente limpia, todavía tiene las emisiones de refrigerantes asociadas con el enfriamiento. Por lo tanto, nunca borrará el potencial de calentamiento global, al menos con nuestro stock existente actual, pero ciertamente puede reducirlo, al reducir las emisiones de la red.

¿Qué tipo de intervenciones podemos aplicar al sistema existente?

Siempre pienso en ellos en dos canastos. Uno impacta directamente en la tecnología y el otro indirectamente en la tecnología.

Para intervenciones directas, podemos idear refrigerantes alternativos para reemplazar los refrigerantes con alto potencial de calentamiento global. También podemos encontrar formas de reducir las necesidades energéticas generales de la prestación de servicios de refrigeración. Eso puede venir en la forma de hacer equipos más eficientes energéticamente o cambiar los comportamientos de los consumidores, como tener un ambiente ligeramente más cálido en espacios de oficina y espacios residenciales.

Para las intervenciones indirectas, debemos pensar de manera más amplia sobre el entorno construido para reducir la necesidad de la tecnología del aire acondicionado. Esto a menudo toma la forma de un mejor diseño de edificios y la reducción de los efectos de islas de calor urbano. También puede funcionar con cargas variables de aire acondicionado y refrigeración según la hora del día y la necesidad real. Hay muchas formas en las que podemos pensar en hacer que el aire acondicionado y la refrigeración sean más inteligentes, no solo en términos de las tecnologías en sí, sino también en términos de gestión energética.

¿Existen sistemas, industrias o empresas que ya estén utilizando este tipo de técnicas innovadoras? ¿Puede darme ejemplos?

En términos de intervenciones directas, hay muchas actividades que son increíblemente prometedoras. Entonces, nuevamente, tenemos la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal que está tratando de eliminar gradualmente los refrigerantes con alto potencial de calentamiento global a favor de los refrigerantes con bajo potencial de calentamiento global. Tomará un tiempo, pero vamos a llevar esos nuevos refrigerantes al mercado.

La segunda cosa importante son los electrodomésticos de bajo consumo. Según el país específico, existen etiquetas y certificaciones de fabricación para equipos de aire acondicionado para habitaciones o refrigeradores domésticos que tienen clasificaciones de eficiencia energética. En los Estados Unidos, es Energy Star. En Europa y Asia, tienen una variedad de certificaciones y etiquetas para resaltar a los consumidores que estos son dispositivos que consumen menos energía.

Y luego, la otra cosa es la intervención inteligente, como usar termostatos inteligentes en hogares y oficinas que ajustan el aire acondicionado según la hora del día y cuando las personas ocupan espacios.

¿Ve un énfasis de los gobiernos o de cualquier otro sector en esta industria? ¿Se están abordando estos temas en las principales conferencias climáticas como la Conferencia de las Partes?

Los servicios de refrigeración como industria se echan mucho de menos. Los servicios de refrigeración abarcan diferentes sectores, por lo que tenemos un pequeño punto ciego. Y a menudo se pierde en la conversación general. No he visto mucho enfoque en esta industria en tales reuniones.

Nuestro grupo realmente está tratando de resaltar la importancia de los servicios de refrigeración como industria.

Hmm... Estoy de acuerdo, porque me doy cuenta de que cuando se habla del calentamiento global, los impactos del transporte o las fábricas surgen casi todo el tiempo, pero creo que nos resulta difícil ver la industria del enfriamiento como una entidad separada. Usted también mencionó que reducir el desperdicio de alimentos puede reducir la demanda de servicios de refrigeración. ¿Puede explicar brevemente eso?

A menudo, cuando tratamos de pensar en reducir los impactos ambientales de la tecnología, tendemos a centrarnos en la tecnología en sí, pero esa no siempre es la intervención más impactante. A menudo, tenemos que dar un paso atrás y pensar por qué estamos usando el servicio en primer lugar. Y eso nos pone a pensar en los sectores que respaldan los servicios de refrigeración.

La alimentación, como sector, tiene un impacto medioambiental increíble. La cadena de frío —que es la refrigeración a lo largo de una cadena de suministro de alimentos— es importante para mantener los alimentos frescos y seguros. Pero a nivel mundial, desperdiciamos alrededor del 40 % de los alimentos que se producen. En los países en desarrollo, gran parte del desperdicio de alimentos ocurre a lo largo de la cadena de suministro antes de llegar al consumidor, en gran parte debido a la falta de servicios de refrigeración.

Cada vez que se reduce el desperdicio de alimentos, se ahorra energía, ya que ya no es necesario enfriar los alimentos que nunca se comerán. Y así, aunque no es una intervención en la que mucha gente pensaría normalmente, al reducir el desperdicio de alimentos reducimos la necesidad de más servicios de refrigeración. Y a medida que se reduce el desperdicio de alimentos, se reducen todos los impactos ambientales de la agricultura, así como los servicios asociados con toda la cadena de suministro de alimentos.

¿Hay nuevas empresas prometedoras o empresas que ya están trabajando en la fabricación de refrigeración ecológica o un sistema de refrigeración inteligente?

Ciertamente, algunas de las principales empresas de refrigeración están pensando en nuevos modelos. Hay cosas como el enfriamiento a nivel de distrito, en el que, en lugar de tener muchos aires acondicionados basados ​​en habitaciones, este nuevo sistema intenta tener un sistema centralizado eficiente que no solo enfría una sola residencia sino muchas casas.

Algunas de las grandes cosas en esta área donde estamos viendo actividad entre las nuevas empresas son los recubrimientos de alimentos que mejoran la vida útil y reducen la necesidad de refrigeración de algunos alimentos, y la inteligencia artificial mejorada en los sistemas de detección tanto para aire acondicionado como para refrigeración. En lugar de configurar la activación del aire acondicionado a una hora y temperatura determinadas, los sensores pueden ajustar automáticamente la temperatura de acuerdo con la cantidad de personas en un espacio. De esa manera, no se están enfriando espacios que no tienen personas en ellos. Podemos emplear mejores tecnologías de detección en productos para cuestiones de seguridad y seguridad alimentaria, y para asegurarnos de que varios productos mantengan temperaturas específicas.

Lindo. ¿Y cómo pueden los científicos e investigadores contribuir más a resolver los problemas asociados con esta industria?

Hay mucho que hacer desde la perspectiva de la industria y las políticas, pero los hogares y las personas individuales pueden sentir que realmente no pueden hacer nada sustancial. Así que creo que tratar de encontrar cosas que los hogares pueden hacer para tener un impacto y sentir que están contribuyendo a resolver un problema es realmente importante. Promover cosas como dispositivos de eficiencia energética, pensar en cosas como reducir el desperdicio de alimentos en el hogar como algo que puede reducir su huella de gases de efecto invernadero, puede ser realmente, con suerte, impactante.

¿Está su equipo explorando más este tema?

Creo que el impacto ambiental de los servicios de enfriamiento es un tema realmente importante y que nuestro grupo continúa explorando. Estamos realmente interesados en la intersección de los servicios de refrigeración y el desperdicio de alimentos evitable. A medida que la cadena de frío se expande, particularmente en lugares como África que no tienen una cadena de frío muy bien desarrollada, ¿cuáles son los impactos ambientales de aumentar la presencia de la cadena de frío?

Por un lado, tiene la capacidad de extender la vida útil de los alimentos y aumentar la seguridad alimentaria. Pero, por otro lado, está aumentando el uso general de energía en el sistema alimentario. ¿Hay formas en que podamos llevar los beneficios de la cadena de frío a los países en desarrollo sin el impacto ambiental? Esa es la pregunta principal que mi grupo de investigación está tratando de abordar.

Artículo traducido por Debbie Ponchner