Kältemittel – wie geht es weiter?
Diskussionen, Prognosen und Trends
Die Entwicklung der Kältemittel ist heute eines der meist diskutierten und ebenso komplexen Themen der Kälte- und Klimabranche. Die F-Gas-Verordnung, extreme Preisanstiege, alternative Kältemittel mit niedrigem GWP und neue Technologien heizen die Diskussionen an. Umso mehr ein Grund den heutigen Status zu beleuchten und einen Blick in die Zukunft zu werfen.
Aufgrund der F-Gase-Verordnung besteht heute ein sehr großer Druck, bisher gängige Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial auszurangieren. Alternativen gibt es, doch ist noch nicht klar, welche Kältemittel schlussendlich das Rennen machen. Ein Trend ist der neuerliche Fokus auf ungesättigte Fluorchemikalien, sogenannte Hydrofluorolefine (HFO), darunter R1234yf, R1234ze und R1233zd. Diese Kältemittel bedeuten einen wichtigen Schritt hin zu einem sehr geringen Treibhauspotenzial.
Kältemitteloptionen
Obwohl das Ozonabbaupotenzial von R1233zd im Vergleich zu R22 sehr niedrig ist, stellt es ein Problem dar. Zum Senken des Treibhauspotenzials von FKW mit hoher Dichte werden HFO beigemischt. Wie in den nebenstehenden Abbildungen dargestellt, sind die vorgeschlagenen Gemische sehr ähnlich. Die wesentlichen Unterschiede hängen davon ab, welcher R1234-Typ verwendet wird und welches Kältemittel ersetzt werden soll. Es wird jedoch ein Kompromiss zwischen niedrigem Treibhauspotenzial und der Entflammbarkeit (siehe Abbildung „Hauptkältemittel“) eingegangen. Die Abbildungen zeigen, dass für die meisten Kältemittel keine einfachen Alternativlösungen mit geringem Treibhauspotenzial existieren: Die Entflammbarkeit steht im Zusammenhang mit dem Treibhauspotenzial und der Kältemittelleistung. Je geringer das Treibhauspotenzial und je höher die Leistung, desto höher ist auch die Entflammbarkeit.
Ausblick und Anwendung
Kältemittel
Eine internationale Danfoss-Expertengruppe hat geforscht und eine Prognose zur Zukunft einiger Kältemittel erstellt. Demnach kommt CO2 häufig in der Industrie- und Gewerbekälte zum Einsatz. Dies ist zwar bis heute hauptsächlich ein europäischer Trend, der sich jedoch mit hoher Wahrscheinlichkeit auch im Rest der Welt fortsetzen wird.
Weiterhin ist zu erwarten, dass Ammoniak weiterhin ein beliebtes Kältemittel sein wird. Es wird gerne in Anwendungen der Industriekältetechnik eingesetzt – trotz Toxizität, die diverse Sicherheitsvorkehrungen erfordert.
Tendenziell wird FKW nicht völlig verschwinden. Die Verwendung wird sich auf diejenigen beschränken, die das geringste Treibhauspotenzial aufweisen. Es ist anzunehmen, dass die meisten FKW, auch in der Kombination mit HFO, umweltfreundlicher werden, jedoch schwer entflammbare Stoffe diverse Sicherheitsaspekte noch weiter in den Fokus rücken. Kältemittel mit geringem Treibhauspotenzial werden weiterhin die Frage aufwerfen, welche Kältemittel in bestimmten Anwendungen verwendet werden können. Und sie werden zudem zu Innovationen bei der Systemkonstruktion führen.
Situation heute
Die deutsche Kälte-Klima-Branche hat den HFKW-Verbrauch 2016 weit stärker als vorgeschrieben gesenkt. Laut EU-weitem Ziel (Phase-Down) musste der HFKW-Verbrauch in Tonnen CO2-Äquivalent auf insgesamt 93 % der Bezugsjahre 2009 bis 2012 sinken. Das Statistische Bundesamt ermittelte für Deutschland einen Gesamtverbrauch von 14,8 Mio. t CO2-Äquivalente im Jahr 2016. Öko-Recherche rechnete rückwirkend für 2009 bis 2012 die in metrischen Tonnen vorliegenden Daten in CO2-Äquivalente um und kam auf 17,6 Mio. t CO2-Äquivalente Ausgangsbasis. Demzufolge ist der inländische HFKW-Gesamtverbrauch bis 2016 auf 84 % gesunken.
Dennoch gilt es nach wie vor einen langen Weg bis zum Jahr 2030 zu gehen. Die nächsten Schritte sind entscheidend. Im Hinblick auf den langfristigen und nachhaltigen Einsatz von Kältemitteln sind drei wichtige Parameter zu berücksichtigen. Erst wenn diese aufeinander abgestimmt sind, ist ein wirklich nachhaltiges Gleichgewicht und damit ein weiterer Fortschritt zu erzielen: Erschwinglichkeit, Sicherheit und Umweltfreundlichkeit.
Kältemittel-Umstieg
Die F-Gase Verordnung definiert detailliert Maßnahmen mit dem Ziel, CO2-Äquivalente beim Kältemitteleinsatz weiter und drastisch zu reduzieren. Ein wichtiger Aspekt ist der FKW-Ausstieg für Kältemittel mit hohem GWP. Daraus ergibt sich ein künftig sehr schneller Phase-Down für Kältemittel mit hohem GWP. Bereits 2018 waren 63 % CO2-Äquivalente das festgesetzte Ziel. Langfristig ist sogar ein extrem reduzierter GWP-Durchschnitt beschlossen: von 2200 in 2010 auf 500 in 2013.
Es gibt vielfältige Argumente für und gegen die Verwendung bestimmter Kältemittel. Einige der Überlegungen beziehen sich auf die Produktstrategie: Ist das Kältemittel für einen schnellen Umstieg vorgesehen oder ist es Teil einer großen Umrüstung? Wie sind die Klimabedingungen und sind die Märkte vor Ort für das Kältemittel bereit? Wie groß ist der Einfluss des „Glide“ aus serviceorientierter Sicht? Macht es Sinn, auf einen einzigen Kältemitteltyp zu setzen oder ist eine Doppel- beziehungsweise Mehrfachstrategie vielversprechender? Die jüngsten Erkenntnisse zeigen, dass A2L-Kältemittel einsatzbereit, effizient sowie verfügbar sind. Auch die dafür nötigen Komponenten stehen bereits zur Verfügung oder sind in Kürze erhältlich.
Der Preis macht den Unterschied
Die seit 2015 gültige F-Gas-Verordnung zeigt in der gesamten Kälte-Klima-Branche Wirkung. Das angestrebte Ziel, stufenweise mehr umweltfreundlichere Kältemittel zur Senkung des GWP einzusetzen, führt dazu, dass sich die Preise der bisherigen Hauptkältemittel R404A/507, R134a, R407C und R410A drastisch erhöht haben und bestimmte Kältemittel komplett vom Markt genommen werden müssen. Die Prognose: Auch in 2019 werden die Preise für Kältemittel mit hohem GWP weiter steigen.
Moderne Tools erleichtern den Vergleich und einen potenziellen Umstieg
Es ist auf den ersten Blick nicht einfach, eine Entscheidung für ein bestimmtes Kältemittel zu treffen, sofern aus technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Sicht mehrere Möglichkeiten in Frage kommen. Es ist sinnvoll, ein Kältemittel nicht nur gemäß der gesetzlichen, sondern auch aus einer zukunftsorientierten Sicht zu wählen. Dennoch muss schlussendlich genügend Kälteleistung vorhanden sein und auch der wirtschaftliche Aspekt ist entscheidend. Es gibt Hilfe, um die unterschiedlichen Entscheidungskriterien miteinander in Einklang zu bringen. Das Low-GWP-Tool von Danfoss beispielsweise ist eine Online-Software und App, mit der man allein durch die Eingabe von Basisdaten wie Ventiltyp, aktuellem und gewünschtem Kältemittel sowie Arbeitsbereich sofort sehen kann, wie sich die Leistung mit dem neuen Kältemittel verändert und ob die Expansionsventile im System belassen werden können.
Fazit
Kältemittel sind unerlässlich und haben einen großen Einfluss auf die Umwelt. Während einige Vorgehensweisen und Lösungen der Vergangenheit Folgen für die heutige Umwelt hatten, ist es unbedingt notwendig, dass die Branche an die Zukunft denkt und zukunftsfähige Lösungen für aktuelle Probleme findet.
Um dies effektiv umzusetzen, ist eine solide Forschung und Entwicklung im Zusammenspiel mit breitgefächerter Erfahrung und umfassendem Wissen über aktuelle Normen, Gesetze und künftige Technologien nötig. Nur so werden die besten Alternativlösungen für Klima- und Kälteanwendungen gefunden und angewandt.
