Comment le refroidissement au R-290 transforme le secteur automobile et combat les superpolluants

En s’attaquant aux émissions des systèmes de climatisation mobiles, ces initiatives contribuent non seulement à réduire le réchauffement climatique, mais aussi à améliorer la qualité de l’air et à réduire les risques liés à la chaleur. L’une des dernières avancées issues de ces efforts est l’utilisation sûre et économe en énergie du R-290 (propane) comme réfrigérant dans les véhicules entièrement électriques. 

L’adoption du R-290 comme réfrigérant naturel est particulièrement remarquable car il offre un faible potentiel de réchauffement global (PRG) et d’excellentes propriétés thermodynamiques pour les cycles combinés de chauffage et de refroidissement des véhicules électriques. Ces caractéristiques en font un choix durable par rapport aux réfrigérants conventionnels, avec des avantages allant jusqu’à un meilleur confort des passagers, une durée de vie de la batterie plus longue et une plus grande autonomie du véhicule – des facteurs clés pour rendre les véhicules électriques plus attrayants pour les consommateurs et les opérateurs. L’application du R-290 dans l’industrie automobile nécessite des solutions techniques pour ses caractéristiques d’inflammabilité et la gestion du cycle de vie du réfrigérant, toutes deux promues par le CCAC.

Les systèmes de climatisation automobile utilisant le réfrigérant R-134a à PRG élevé sont une source majeure d'émissions qui provoquent le changement climatique, mais l'adoption d'alternatives reste lente sur les marchés sensibles aux prix. CCAC Grâce au soutien financier approuvé en 2014, Tata Motors Ltd, Mahle et l'Institut pour la gouvernance et le développement durable ont entrepris de créer un prototype de système de climatisation permettant de réduire considérablement les émissions de HFC. 

Pour résoudre ce problème, l’équipe de projet interdisciplinaire a créé le premier système de climatisation mobile commercialement viable, sûr et économique utilisant le R-152a, un réfrigérant légèrement inflammable à faible PRG utilisé dans une nouvelle conception appelée « boucle secondaire ». « La petite charge d’un réfrigérant inflammable est contenue en toute sécurité dans des composants situés à l’extérieur de l’espace occupé avec de l’antigel ininflammable chaud et froid, qui circule à l’intérieur de l’espace occupé pour plus de confort et de sécurité », explique le Dr Stephen O. Andersen, directeur de recherche à l’IGSD.
Le projet pilote « Un climatiseur automobile plus écologique pour sauver le monde » a été développé et validé avec succès sur un véhicule utilitaire TATA Motors, avec un double système de climatisation en 2019. 

« L’une des raisons du succès extraordinaire de la démonstration est que la petite équipe de projet de TATA et Mahle était soutenue par des centaines d’ingénieurs travaillant pour chaque entreprise et capables de résoudre n’importe quel problème avec des compétences spécialisées et des ressources d’atelier d’usinage », a déclaré Timothy Craig qui a codirigé le travail pour Mahle avec Sangeet Kapoor en tant que codirecteur pour TATA.   

L'équipe a démontré un système qui non seulement réduisait les émissions, mais améliorait également l'efficacité énergétique. Il a remporté le prestigieux prix SAE International 2019 Environment Excellence in Transportation (E2T). 

Leurs efforts ont également été récemment récompensés par le prix de la Fondation SAEINDIA pour l'exercice 23-24, soulignant entre autres le succès de CCAC Projet de démonstration de climatisation à boucle secondaire, qui a joué un rôle clé dans le développement d'un refroidissement respectueux du climat pour les véhicules électriques. Ce prix montre comment l'innovation et la collaboration peuvent conduire à des avancées significatives dans le domaine du transport durable. 

Avec cette fondation, CCAC s'engage dans la prochaine phase qui se concentre sur la mise à l'échelle de ces technologies pour une utilisation plus large, y compris leur application dans la mobilité électrique. En 2023, CCAC L'ONUDI a approuvé un projet mis en œuvre par l'Organisation des Nations Unies pour le développement industriel (ONUDI) qui vise à développer et à mettre en œuvre des systèmes prototypes pour les véhicules électriques de tourisme (VE) et les petits véhicules utilitaires qui utilisent le R-290 dans les systèmes de climatisation mobile à boucle secondaire (SL-MAC), en collaboration avec Tata Motors. Le projet s'aligne sur les objectifs climatiques mondiaux et soutient l'amendement de Kigali au Protocole de Montréal, qui vise à éliminer progressivement les réfrigérants à base de HFC à PRG élevé. 

Sangeet Kapoor, directeur général et responsable du département de contrôle climatique du centre de recherche en ingénierie de Tata Motors Ltd et contributeur clé de cet effort, a joué un rôle déterminant dans le succès du projet. « C'est une grande fierté pour les ingénieurs de TATA Motors de travailler sur des réfrigérants alternatifs à faible potentiel de réchauffement global (GWP) dans le domaine des systèmes de climatisation mobile (MAC). Le renforcement continu des compétences de développement des systèmes thermiques dans les véhicules ICE et électriques - dans les méthodologies de simulation, le dimensionnement des composants et le prototypage (avec les fournisseurs), l'intégration de ces derniers dans des prototypes de véhicules complets, la validation des performances de refroidissement et de chauffage dans des conditions climatiques extrêmes - sont essentiels au succès de tout équipementier, en particulier dans les territoires plus chauds comme l'Inde », a déclaré Sangeet Kapoor. « Des projets comme ceux-ci mettent à l'épreuve nos compétences en ingénierie pour développer des architectures de systèmes MAC sûres et économes en énergie pour l'industrie automobile indienne ».

S'exprimant sur le projet, M. Sven Patuschka, directeur technique chez Tata Motors Passenger Vehicles Ltd et TATA Motors Electric Mobility, a déclaré : « Tata Motors est à la pointe de l'innovation et travaille constamment à façonner l'avenir de la mobilité. Dans le cadre de nos efforts de R&D, nous nous engageons à inventer des solutions pour un avenir plus vert dans l'industrie automobile et cette initiative est un pas dans cette direction. Nous serons le premier équipementier en Inde à développer et à évaluer une climatisation mobile et un système de refroidissement de batterie qui utilise en toute sécurité le R-290 dans les véhicules électriques. Nous sommes ravis de nous associer à des institutions telles que CCAC et l’ONUDI à contribuer à l’initiative des Nations Unies pour l’environnement. »
"Bâtir sur CCAC« Après avoir mené un projet antérieur sur le développement d'un système de climatisation à base de difluoroéthane (R152a) pour les véhicules à moteur à combustion interne, ce projet explore l'utilisation sûre du réfrigérant R290, hautement efficace et à faible potentiel de réchauffement global (PRG), dans les véhicules électriques », a déclaré Yunrui Zhou, responsable du développement industriel et chef de projet de l'ONUDI.  

Le projet abordera des défis techniques clés, tels que l'inflammabilité et l'optimisation du système. L'équipe d'ingénierie de TATA Motors Ltd s'appuiera sur des conceptions avancées des systèmes de boucle secondaire, des échangeurs de chaleur et des compresseurs électriques pour garantir la sécurité, l'efficacité énergétique et la durabilité environnementale. En démontrant la faisabilité du R-290 dans les applications de refroidissement et de chauffage des véhicules électriques de tourisme et commerciaux, cette initiative pourrait entraîner un changement systématique dans le secteur mondial de la climatisation mobile (MAC), accélérant ainsi la transition vers des réfrigérants respectueux du climat.

« Les pionniers de Mahle, TATA, IGSD, CCAC« Et maintenant, l’ONUDI est en partie la raison pour laquelle Ford Motor Company, au nom de nombreux autres constructeurs automobiles mondiaux, a demandé à l’Agence américaine de protection de l’environnement (US EPA) d’inscrire le R-290 sur la liste des véhicules électriques », a déclaré Timothy Craig.
Le CCACAu fil des ans, le travail de , depuis les premiers webinaires jusqu'à la reconnaissance du secteur, a constamment ouvert la voie à des solutions plus écologiques dans le domaine du refroidissement automobile. Chaque étape importante rapproche le monde d'un avenir où la mobilité est à la fois efficace et respectueuse de l'environnement.

« L'utilisation du R-290 dans les bus électriques représente plus qu'un simple progrès technique ; c'est une démonstration de la manière dont les partenariats mondiaux et les objectifs partagés peuvent conduire à des avantages tangibles pour le climat et la santé », a déclaré Martina Otto, responsable de l'équipe de recherche et développement de l'entreprise. CCAC Secrétariat. « Ce projet est la preuve vivante de la façon dont un financement à petite échelle peut déclencher une transformation à grande échelle et constitue un exemple frappant de la manière dont nous pouvons faire la transition vers des systèmes de transport plus propres et plus écologiques. »