Neue Kältemittelgeneration auf dem Vormarsch

Die Quantum G Kältemaschinen des Kältespezialisten Engie Refrigeration verwenden das umweltfreundliche Kältemittel HFO-1234ze. (Photo: Engie Refrigeration)
Antonio Suárez /

Mit der im Jahr 2015 in Kraft getretenen Verschärfung der Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung (ChemRRV) sollen die Umweltauswirkungen von Kältemitteln wirksam eingegrenzt werden. Mit den für den Automobilsektor entwickelten synthetischen Hydro-Fluor-Olefinen (HFO) steht nun auch im Gebäudebereich eine effiziente und klimaschonende Alternative für stationäre Kälteanlagen zur Verfügung.

Auf internationaler Ebene hat man in den letzten Jahrzehnten mit Klimaschutzprotokollen den Fluorkohlenwasserstoffen (FCKW) den Kampf angesagt. Seit 1989 sind die fluorierten klimaaktiven Stoffe als Kältemittel für die Verwendung in Sprays sowie Kühl- und Gefriergeräten international geächtet. Es ging und geht dabei um die Bekämpfung des Ozonlochs. Da FCKW extrem langlebige Verbindungen sind, die sich bis zu einigen Jahrzehnten in der Atmosphäre halten können, bevor sie abgebaut werden, tragen sie auch noch Jahre nach deren Freisetzung zum Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre bei. Bei Kältemitteln wird daher heutzutage genau auf das Ozonabbaupotenzial und den sogenannten Erderwärmungskoeffizienten bzw. das Treibhauspotenzial geschaut. Sie gelten als Richtmasse für die Zulassung. Gänzlich verboten sind heute Mittel, die Chlor oder Fluor enthalten.

Der weltweite Kampf gegen den stratosphärischen Ozonabbau und den atmosphärischen Treibhauseffekt hat seit den Neunzigerjahren zu einschneidenden Veränderungen in der Kälte- und Klimatechnik geführt. Diese Entwicklung hat ihren Niederschlag in diversen Gesetzen und Verordnungen gefunden, die zu fortlaufenden technischen Weiterentwicklungen der gängigen Kälteanlagen und -geräte geführt haben. Heute gilt, dass in allgemeinen Anwendungen der Klima-, Gewerbe- und Industriekälte nur noch Mittel verwendet werden dürfen, die in der Luft nicht stabil sind, also schnell zerfallen.

Verbote und Einschränkungen

Wie sich das Verbot von ozonabbauenden sowie in der Luft stabilen Kältemitteln in der Branche ausgewirkt hat, weiss Diplomingenieur Zoran Alimpic, Professor und Dozent für Gebäudetechnik an der Hochschule Luzern, Technik & Architektur. Erste Schritte seien bereits vor Jahren eingeleitet worden, als halogenierte sowie stark ozonabbauende Mittel mit den offiziellen ASHRAE-Nomenklaturen R11 (Trichlorfluormethan), R12 (Dichlordifluormethan) und R502 (Halogenkohlenwasserstoffgemisch) verboten wurden.  Später seien schliesslich noch chlorhaltige Kältemittel wie R22 (Chlordifluormethan) und deren Gemische (sogenannte Blends) auf die Verbotsliste gesetzt worden. Als Substitute seien bis heute – abgesehen vom halogenfreien Kohlendioxid (R744) – insbesondere halogenhaltige Kohlenwasserstoffe wie das Mittel mit der Normbezeichnung R134a sowie die chlorfreien HFKW-Gemische R404a, R407c und R410a im Einsatz. Doch für diese Kältemittel erhalte man seit 2015 aufgrund der neuen ChemRRV von den Behörden wegen des hohen Treibhauspotenzials keine Kühlbewilligung für gewerbliche Kälteanlagen über 400 kW und Klimaanlagen über 600 kW mehr, so Alimpic. Man muss dabei bedenken, dass alle halogenierten Kältemittel, selbst die chlorfreien HFKW, zur Kategorie der Treibhausgase gehören. Schliesslich kommen als Substitute noch die zugelassenen natürlichen Kältemittel wie Propan C3H8 (R290), Ammoniak NH3 (R717) sowie Kohlendioxid CO2 (R744) hinzu, die aus organischen Verbindungen bestehen.

Die Verbote zwangen die Betreiber von Kältemaschinen das nicht konforme Kältemittel aus den Maschinen abzusaugen und durch die zugelassenen Verbindungen zu ersetzen. «Dies führte bei Anlagen dazu, dass diese auch aufgrund des Alters innerhalb von durchschnittlich 15 Jahren saniert oder ersetzt werden mussten», erläutert Kältefachmann Alimpic. «In den letzten beiden Jahren entstand eine gewisse Verunsicherung durch die neue Chemie-Risikoreduktions-Verordnung (ChemRRV), die bereits 2005 ins Leben gerufen wurde, aber erst 2014 und 2015 wesentlich verschärft worden ist.» Seit 2015 dürfe beispielsweise das Kältemittel R134a bei grossen Anlagen (mit Leistungen von über 400 kW bzw. 600 kW) nicht mehr verwendet werden. «Da wurde der Riegel rigoros vorgeschoben», führt Alimpic weiter aus. «Grundsätzlich sind ozonabbauende  Mittel bei grösseren Anlagen verboten. Das heisst, dass die natürlichen Kältemittel in den Fokus rücken. Das ist praktisch gleichbedeutend mit einer Rückkehr in die Vergangenheit, also zum Stand der Technik von vor dreissig oder vierzig Jahren, sprich: zur CO2-, Propan- und Ammoniak-Maschine, jedoch in Kombination mit den modernsten Verdichtern. Damit geht es quasi um die Erneuerung der altbewährten, gut funktionierenden Kältemittel. Die heutigen HFKW-Kältemittel, als Ersatz für R11, R12, R502 und später auch R22, inklusive das sogenannte Wundermittel R134a, stehen als Übergangskältemittel auf der Abschussliste.»

Dem Bitzer Kältemittel-Report 18 zufolge wurde R134a inzwischen in der Europäischen Union mit einem Verwendungsverbot bei Neuanlagen in Kraftfahrzeugen belegt. Im Rahmen von Typengenehmigungen neuer Fahrzeuge sind in der EU ab 2017 nur noch Kältemittel mit einem GWP-Wert von unter 150 zugelassen. Dieses Verwendungsverbot hat eine Reihe von Forschungsprojekten in der Fahrzeugindustrie in Gang gesetzt, um ein alternatives Kältemittel mit ähnlichen thermodynamischen Eigenschaften zu entwickeln.

Der vollständige Artikel ist in der Haustech-Ausgabe 7-8/2016 erschienen.