La nuova vita e i nuovi mercati dei refrigeranti
Gli HFC hanno nuove strade nelle rinnovabili grazie a polimeri come il PVDF. I “refrigeranti naturali” aumentano le quote con l’industria dell’Oil & Gas e dei fertilizzanti
26 aprile 2022
Come dice un proverbio: "a pensar male si fa peccato, ma a volte ci si azzecca...".
L'industria dei refrigeranti sintetici e' basata sulla chimica del fluoro, messi al bando a livello mondiale per i loro effetti climateranti basati sul GWP. Ma non esiste solo il mercato della refrigerazione e della climatizzazione per i refrigeranti base fluoro, anzi. E, per questo motivo, ritroveremo i refrigeranti cattivi a "resistere" - positivamente - anche nel mondo delle rinnovabili.
In questi ultimi anni, infatti, i refrigeranti hanno trovato sempre piu’ ampia applicazione nella produzione di prodotti avanzati per il settore delle rinnovabili, caratterizzato dalla produzione di energia solare e della necessita' di accumulo.
Mentre, a causa della spinta sempre più marcata nella direzione che guarda all'utilizzo dei cosiddetti refrigeranti "naturali" (prodotti di sintesi o di risulta da processi chimici, che si trovano certamente anche in natura, ma che non sono certamente naturali tranne rare eccezioni), le industrie della chimica dell’Oil & Gas, dei fertilizzanti o della biochimica di trattamento rifiuti che li producono si stanno convertendo alla refrigerazione e climatizzazione. Si tratta, ad esempio, dell'industria del metano, le filiere dell'ammoniaca, etc.
Guardiamo pero', oggi, ai composti fluorurati, ed ai possibili effetti (anche di prezzo) che potranno affliggere il nostro settore.
Refrigeranti come R142b, l’R22 e altri sono utilizzati per dare origine a prodotti come il il Teflon e il PVDF, quest’ultimo perfetto per l’utilizzo nei backpanel nei pannelli fotovoltaici e come legante nella produzione di elettrodi per batterie agli ioni di litio e polimeri di litio metallico e come rivestimento separatore.
I refrigeranti fluorurati stanno passando dall'HVACR al settore delle "rinnovabili" (e con queste andranno in "competizione"), mentre sono adottati sempre piu' massicciamente nell'HVACR refrigeranti di sintesi dell'industria petrolifera, prevalentemente il metano!
Vediamo un po’ piu’ nel dettaglio questa “rivoluzione”.
Il polivinildenfluoruro (PVDF), polimero del fluoruro di vinildene, è una plastica dalle proprietà eccezionali, ed e' il prodotto principe oggigiorno, Come dice il nome, il PVDF appartiene alla famiglia dei polimeri fluorurati, una classe di materiali plastici scoperti nel 1938 dal chimico statunitense Roy Plunkett che sintetizzò casualmente il politetrafluoroetilene, più noto con il nome commerciale di Teflon. L’elemento che dona a questa classe di polimeri le loro particolari proprietà è il fluoro.
Oggi Arkema è il maggiore produttore mondiale di PVDF. I suoi stabilimenti di produzione sono localizzati negli Stati Uniti, in Francia e in Cina, e produce sia gradi omopolimeri che copolimeri, con marchio Kynar® e Kynar Flex®. Altri produttori di PVDF per batterie al litio sono la belga Solvay e la giapponese Kureha Chemical.
Nel 2018 la produzione di PDVF fu di 46.100 tonnellate, ma per l'anno in corso gia' si parla di oltre 200.000 tonnellate.
Dal punto di vista della produzione esistente, la capacità globale totale è di circa 114.000 tonnellate, di cui Arkema, Solvay e Kureha Chemical rappresentavano (2020) il 53%.
Il PVDF a valle viene utilizzato principalmente nei rivestimenti resistenti agli agenti atmosferici (31%), nello stampaggio a iniezione (21%), nei catodi e nei separatori delle batterie al litio (20%) e nei backplane fotovoltaici (8%).
Si ritiene che le principali vie di crescita del PVDF saranno concentrate proprio nelle batterie al litio per i veicoli elettrici e per gli accumuli e nel fotovoltaico.
Nelle batterie agli ioni di litio il PDVF e’ usato come legante negli elettrodi, e può essere considerato un componente fondamentale. La funzione principale dei leganti nelle batterie agli ioni di litio è quella di agire come un efficace agente di dispersione per collegare insieme gli elettrodi e quindi farli aderire costantemente ai collettori di corrente.
Mediante l'efficacia di questa adesione è possibile ottenere una maggiore durata del ciclo e una maggiore densità di energia con un'aggiunta di legante PVDF ancora più bassa.
Il rapido aumento delle vendite di veicoli elettrici guida l'esplosione della domanda di batterie al litio, e il PDVF e’ uno dei materiali chiave indispensabili nella filiera, senza alcun sostituto a breve termine, con una domanda del mercato che mantiene un tasso di crescita elevato.
A causa di cio’ dall'inizio dell'anno, il prezzo del PVDF è aumentato molto.
Ma il PDVF e’ anche fotovoltaico.
Poiché il PVDF ha una migliore resistenza agli agenti atmosferici, viene utilizzato come materiale di rivestimento barriera, per migliorare le prestazioni del backplane, aumentando la durata dei moduli fotovoltaici. Secondo il rapporto Taiyang News, i materiali per membrane PVDF hanno la quota di mercato più ampia nella tecnologia backplane tradizionale nel 2019, con circa il 53%.
Tenendo conto della penetrazione applicativa dei moduli in doppio vetro e della domanda guidata dalla crescita del 25% CAGR della capacità installata fotovoltaica nei prossimi 5 anni, gli analisti ritengono che il mercato del PVDF per i backplane fotovoltaici continuerà a crescere con un CAGR del 9,2% e che entro il 2025 la domanda di PVDF per i backplane fotovoltaici sarà di circa 9.400 tonnellate.
In sintesi, sulla base della capacità installata globale di batterie al litio a partire dai 356,5 GWh nel 2021 e della capacità fotovoltaica di nuova installazione di 165 GWh, stimano che la domanda globale di PVDF per batterie al litio e fotovoltaico sarà entro il 2025 di circa 120mila tonnellate. Sulla base del prezzo di 167.000 yuan/ton, la capacità complessiva del mercato potrebbe superare i 20 miliardi di yuan ovvero 2,8 miliardi di euro.
La materia prima per il PDVF e’ l‘R142b, un gas che é sotto controllo in Cina per le quote di esportazione e questo porta ad un'offerta di mercato limitata.
La mancanza di materie prime pregiudica fortemente il rilascio di capacità di produzione.
Il PVDF viene sintetizzato da R142b rimuovendo acido cloridrico per sintetizzare il monomero VDF e quindi polimerizzato dal monomero. La recente forte domanda di PVDF ha anche spinto il prezzo della materia prima a monte R142b a salire.
L'R142b è un refrigerante di seconda generazione. Il suo GWP (Global Warming Potential) è di circa 2400 e il suo ODP (Ozone Depleting Potential) è di circa 0,043, entrambi a un livello relativamente alto. La nuova capacità di produzione è strettamente limitata e le sue vendite vengono implementate in un Sistema di quote.
Ad oggi, il prezzo della materia prima R142b è aumentato del 369% dal punto più basso del quarto trimestre dello scorso anno. Guardando al futuro, si ritiene che il prezzo del PVDF per le batterie al litio dovrebbe aumentare a causa della stretta offerta e domanda, il che guiderà i prezzi dell'R142b e dei fluoroelastomeri.
L'industria chimica del fluoro è l'industria dominante della Cina.
La Cina è il paese più grande del mondo in termini di riserve e produzione di fluorite; la produzione di acido fluoridrico rappresentano oltre il 60% del totale mondiale. La produzione di HFC supera la metà di quella mondiale.
Tuttavia, nel campo dei fluoropolimeri (tra cui il PVDF) e della chimica fine contenenti fluoro, le barriere all'ingresso sono elevate e i requisiti di qualità del prodotto sono elevati dall'altro. Sebbene le aziende chimiche cinesi del fluoro abbiano completato le innovazioni tecnologiche, il mercato globale è fondamentalmente un terzo degli Stati Uniti, dell'Europa occidentale e del Giappone.
Proprio a causa di cio’, “Arkema ha già annunciato un progetto negli Stati Uniti per produrre PVDF utilizzando il fluoro derivato come coprodotto dall'industria agrochimica, quindi non richiedendo l'estrazione di fluorite dedicata. Questa produzione dovrebbe portare ad una commercializzazione entro la metà del 2022", si legge in un rapporto di Roskill e in un comunicato stampa Arkema. L'acido fluoridrico anidro verra' anche utilizzato per i refrigeranti a basso GWP (HFO).
Un'altra mossa intelligente, secondo l'analista di mercato, è la decisione dell'azienda francese di aumentare ulteriormente la sua capacità di produzione di fluoropolimeri a Changshu, in Cina, del 35% nel 2022.
"L'aumento aiuterà a soddisfare la forte crescita della domanda di batterie agli ioni di litio, nonché opportunità significative nei settori della filtrazione dell'acqua, dei rivestimenti per l'edilizia e dei semiconduttori", afferma il rapporto.
Insomma, una nuova battaglia globale che vede i refrigeranti "sintetici" co-protagonisti, utilizzando la stessa filiera di base (la principale) dei refrigeranti "naturali": l'industria agroalimentare per tramite dell'ammoniaca, figlia del metano …
Ma la Cina non stara’ a guardare!
La Redazione