Phase critique de la chaîne du froid, « le transport frigorifique consomme 15 % de l’énergie fossile mondiale », expliquent Angelo Maiorino, Fabio Petruzziello et Ciro Aprea, chercheurs au département d’ingénierie industrielle de l’université de Salerno, en Italie, dans leur étude « Refrigerated Transport : State of the Art, Technical Issues, Innovations and Challenges for Sustainability ». D’où l’intérêt d’explorer les voies les plus diverses pour réduire l’impact environnemental du transport réfrigéré, sachant que les émissions de gaz à effet de serre (GES) dues aux unités de froid à compression de vapeur, pour l’heure les plus utilisées, atteignent 40 % des émissions totales du moteur du véhicule !
Panorama des solutions envisagées
À commencer par le stockage d’énergie électrique couplé à un système photovoltaïque (PV). « Cependant, les systèmes PV, même s’ils sont couplés à un bloc-batterie, ne sauraient satisfaire la demande de refroidissement, tempèrent les chercheurs de l’université de Salerno. Un système de secours (moteur à combustion interne) reste nécessaire. »
Autre voie, les matériaux à changement de phase (PCM) génèrent un effet de refroidissement en changeant de phase. C’est-à-dire en passant d’un état solide à un état liquide. « Le point de fusion doit être inférieur à la température souhaitée dans le compartiment réfrigéré, mais pas trop bas afin d’éviter une puissance excessive absorbée par le groupe frigorifique de recharge », indiquent les scientifiques italiens. Problème : « La forme des conteneurs PCM n’est pas optimisée pour le transport réfrigéré, ce qui entraîne une distribution non uniforme de la température à l’intérieur du compartiment. » Malgré ces limitations, les PCM restent prometteurs pour réduire la consommation d’énergie et les émissions de GES.
En guise d’alternative, nous retrouvons les systèmes cryogéniques de réfrigération. Ils recourent à l’azote liquide (LN2) ou au dioxyde de carbone liquide (LCO2) et sont maintenus à une pression contrôlée (respectivement 8,6 bars et 3 bars) à l’intérieur d’un réservoir isolé.
Rapide et efficace
Dans le premier type de procédé, on injecte le fluide cryogénique directement dans le compartiment réfrigéré où il s’évapore en absorbant de l’énergie thermique. Puis il se libère dans l’environnement extérieur lorsque l’on ouvre les portes. « En moins de trente minutes, on obtient ainsi une température interne de - 20°C à partir d’une température ambiante de 30°C », constatent les auteurs de l’étude. Rapide et efficace. Les systèmes les plus récents préviennent le risque, pour le personnel, de trop appauvrir la concentration en oxygène dans le compartiment. Second procédé, on détend le gaz cryogénique dans un échangeur de chaleur, dans lequel il absorbe l’énergie thermique de l’air intérieur recyclé. Le gaz est ensuite dispersé dans l’atmosphère. Notons que l’on trouve aussi des systèmes hybrides qui combinent l’injection directe et l’injection indirecte.
Enfin, les systèmes à absorption/adsorption se proposent, pour leur part, de récupérer l’énergie thermique résiduelle contenue dans les gaz d’échappement des véhicules. Un procédé qui, cependant, se heurte à des difficultés de fonctionnement aux faibles charges du moteur (température des gaz d’échappement inférieure à 200°C). « Complexes, en général, ces systèmes sont encore étudiés en tant que prototypes », reconnaissent les chercheurs de l’université de Salerno.
En conclusion, l’alternative la plus intéressante du point de vue de la réduction des émissions est certainement la pile à combustible pour la production d’énergie thermique et électrique, car celle-ci allège la charge du moteur et garantit l’alimentation du système frigorifique. Concernant l’amélioration possible des systèmes à compression actuels, les auteurs proposent l’utilisation d’un système PV/batterie pour alimenter l’unité à compression, l’ajout de PCM pour réduire la charge thermique ou l’augmentation du temps d’arrêt du compresseur ainsi que l’utilisation d’un frigorigène naturel tel que le R290.
