Kältemittel | Willers

Synthetische Kältemittel wurden stetig optimiert, doch ihr Einsatz bleibt umweltschädlich.

Grafik geschichtliche Entwicklung: synthetische Mittel nach wie vor weit verbreitet

Geschichtliche Entwicklung von Kältemitteln: Synthetische Mittel nach wie vor weitverbreitet.

Ozonschicht als kritisches Thema

Ab 1929 ersetzten erstmalig synthetische Kältemittel die natürlichen Kältemittel aus sicherheitstechnischen Aspekten: geringere Brennbarkeit und Toxizität. Diese Kältemittel waren Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Bald stellte sich jedoch ihre ozonschädigende Wirkung heraus und so wurde ihr Einsatz mit dem Montrealer Protokoll ab 1988 verboten.

Erderwärmung als kritisches Thema

Zum Einsatz kamen nun teilhalogenierte FCKW (HFCKW) und Fluorkohlenwasserstoffe (FKW), die viel weniger resp. kein Chlor enthielten und somit die Ozonschicht weniger belasteten. Bald stellte sich jedoch heraus, dass diese neuen Kältemittel starke Treibhausgase darstellten und somit zur Erderwärmung beitrugen.

Ab 2000 wurden diese Kältemittel durch chlorfreie Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) ersetzt und aufgrund ihrer negativen Klimawirkung kamen natürliche Kältemittel wieder stärker in den Fokus. Bis heute sind HFKWs jedoch trotz ihres hohen Klimaerwärmungspotenzials (bis zu 14.800-mal stärker als CO₂) noch im Einsatz. Für die klimaschädlichsten Kältemittel dieser Gruppe mit GWP>2500 gilt:
Nachfüllen von Anlagen nur noch mit regeneriertem Kältemittel.
Ab dem 1. Januar 2030 ist das Nachfüllen verboten.

Ewigkeitschemikalien: wenig erforscht, aber sicher gefährlich

Ab 2015 ist die neueste Generation synthetischer Kältemittel im Einsatz, die Hydrofluorolefin- (HFO) Kältemittel. Sie schädigen die Ozonschicht nicht und besitzen ein vergleichsweise niedriges Treibhauspotential. Allerdings erzeugen sie das Zerfallsprodukt Trifluoressigsäure (TFA). Diese gehört zu den Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), also menschengemachten Substanzen, die in der Umwelt nicht abbaubar sind, sogenannte Ewigkeitschemikalien. Heute schon lassen sie sich überall in der Natur und damit auch im Trinkwasser nachweisen. Noch sind sie zu wenig erforscht, doch viele Wissenschaftler sind sich einig, dass sie mit zunehmender Konzentration relevante Probleme für Umwelt und Gesundheit mit sich bringen.
Für HFO-Kältemittel (GWP < 10, ODP 0) gibt es derzeit keine geplanten Verbote.

Eindordnung & Ausblick

Die Entwicklung von Kältemitteln zeigt: Jede Generation löst ein Problem – und bringt neue Fragestellungen mit sich. Heute stehen neben Effizienz und Sicherheit vorrangig Klimawirkung, Umweltpersistenz und regulatorische Risiken im Fokus. Die Wahl des richtigen Kältemittels ist damit eine strategische Entscheidung mit langfristigen Auswirkungen auf Betrieb, Investitionssicherheit und Nachhaltigkeit.

Übersicht

Kältemittel für Grossanlagen – wir empfehlen den Einsatz von natürlichen Alternativen

Synthetische Kältemittel

HFO R1234: ODP0, GWP <1

Klasse A2L: gering toxisch, schwer entflammbar

Dieses Kältemittel ist der synthetische Nachfolger des Kältemittels R134a, welches aufgrund des GWP 1430 nicht mehr zugelassen ist.

Vorteil: gering toxisch
Ökologischer Nachteil: Abbauprodukt bei Entweichen in die Atmosphäre: schwer abbaubare Trifluoressigsäure. 

Weit verbreitet in der Anwendung für Kältetechnik, aber durch die „schwere Entflammbarkeit“ gleich hohe Anforderung an den Aufstellungsort wie Ammoniak in Bezug auf Explosionsschutz.

Natürliche Kältemittel

Ammoniak - NH3 R717: GWP 0

Klasse B2L: hochtoxisch, schwer entflammbar

Dieses Kältemittel wird seit Jahren oft verwendet und hat sich insbesondere bei grossen Anlagen > 500 kW als Standard durchgesetzt. Mit der entsprechenden Sorgfalt werden auch diese Anlagen sicher betrieben.

Was bedeutet hochtoxisch:

25 ppm: typischer Geruch gut wahrnehmbar.
> 100 ppm: starker Geruch, kann Panik auslösen
> 400–700 ppm: sofortige Reizung Augen und Atemwege, aber bis dahin noch keine Verletzung innerhalb 30 Minuten.
> 1700 ppm: Verletzung, akute med. Versorgung erforderlich
> 7000 ppm: Bewusstlosigkeit, Atemnot, tödlich in Minuten (ppm = parts per million)

Natürliche Kältemittel

CO₂ R744: GWP: 1

Klasse A1: gering toxisch, nicht entflammbar

Kältemittel beschränkt geeignet für die große Kälteleistung, würde viele Einzelverdichter benötigen, aufgrund der hohen Drücke.

Propan R290

Kältemittel beschränkt geeignet für die große Kälteleistung, insbesondere auch aufgrund der hohen Entflammbarkeit und notwendigem Zwischenkreis im Kühlwasser.

Wasser R718, GWP O 

Beste ökologische Eigenschaften nur in kleinen Leistungen und mit deutlich höheren Temperaturen als 6/12 °C einsetzbar.