Kältemittelauswahl: Was es zu beachten gilt

tab: Was bedeutet die F-Gase-Verordnung 2024/573 von Februar 2024 für die Praxis?

Dr. Heinz Jürgensen: Dr. Heinz Jürgensen, Direktor Anwendungstechnik und Sonderprojekte bei Bitzer.
Bild: Bitzer

Mit dem beschleunigten Phase-Down von HFKW muss sich die Kälte-, Klima- und Wärmepumpenbranche, die nach Europa liefert, bereits jetzt auf gravierende Beschränkungen für Neu- und Bestandsanlagen vorbereiten. Europa steuert auf eine Zukunft mit minimalem Einsatz fluorierter Kältemittel zu. Die Verwendung natürlicher Kältemittel wird stark an Bedeutung gewinnen. Die ersten Restriktionen der überarbeiteten Verordnung sollen schon ab Januar 2025 gelten. Hunderttausende Anlagen in der gesamten EU sind betroffen. Die allermeisten davon sind nicht so konstruiert, dass sie sich auf langfristig verfügbare Kältemittel umstellen lassen.

tab: Welche Kältemittel werden langfristig noch verfügbar sein?

Dr. Heinz Jürgensen: Dazu zählen ganz klar natürliche Kältemittel, da diese einen geringen Umwelteinfluss haben. Das bedeutet nach heutigen Maßstäben: Ozonzerstörungspotenzial ODP = 0, Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) < 10, hohe Energieeffizienz, wenig bis keine umweltschädigenden Abbauprodukte, sehr geringer Produktionsaufwand, sehr wenig Produktionsabfälle. Diese Kriterien erfüllen viele natürlich vorkommende Substanzen wie R744 (CO₂), R717 (Ammoniak), R290 (Propan), R729 (Luft) und R718 (Wasser). Die Wahl ist abhängig von der jeweiligen Anwendung.

tab: Welche Auswirkung hat die Wahl des Kältemittels auf den Carbon Footprint eines Unternehmens der Kälte-, Klima- und Wärmepumpenbranche?

Dr. Heinz Jürgensen: Der Carbon Footprint eines Unternehmens setzt sich aus direkten und indirekten Treibhausemissionen zusammen. Daraus ergeben sich verschiedene Hebel, um den Carbon Footprint zu reduzieren, wobei die Wahl des Kältemittels maßgeblich die direkten Emissionen beeinflusst. Natürliche Kältemittel sind sehr umweltverträglich. Beispielsweise hat R717 (Ammoniak) einen GWP von 0, R744 (CO₂) einen GWP von 1 und R290 (Propan) einen GWP von 3, was äußert gering ist. Der neueste Bericht des Weltklimarates IPCC nennt für R290 sogar einen GWP von 0,02. Neben den verwendeten Kältemitteln tragen auch die Materialien und Emissionen aus der Produktion zu den direkten Treibhausemissionen bei. Insgesamt entfällt der größte Anteil am Carbon Footprint auf die indirekten Emissionen, die entlang der Wertschöpfungskette beispielsweise durch den Bezug von Energie und die Nutzung von Produkten entstehen. Durch den Einsatz erneuerbarer Energien und energieeffizienter Produkte lassen sich diese Emissionen reduzieren. Phase-Down-Stufen in Prozent für fluorierte Treibhausgase des Montrealer Protokolls für vier Ländergruppen – MP: Standardmitglieder.
Bild: Bitzer

tab: Welche Kältemittel empfehlen Sie Planern und Kunden, die den EU-Markt bedienen, für Neuanlagen?

Dr. Heinz Jürgensen: Wo immer möglich, sollten in Neuanlagen natürliche Kältemittel verwendet werden. Diese werden während der gesamten Lebensdauer unserer Produkte verfügbar sein. Wo dies nicht möglich ist, aufgrund lokaler Vorschriften oder dafür fehlender Fachkräfte, sollten Kältemittel mit GWP < 10 eingesetzt werden. Falls dies auch nicht möglich ist, sollte GWP < 150 die absolute Grenze sein. Fluorierte Kältemittel werden spätestens nach 2030 nur noch in begrenzten Mengen verfügbar sein, was die Lebensdauer solcher Anlagen verkürzen könnte. Durch die momentane PFAS-Diskussion könnte sich zudem bereits in näherer Zukunft die Anzahl an verfügbaren HFKW- und HFO-Kältemitteln erheblich verringern.

Wir unterstützen unsere Kunden und Partner umfassend. Bitzer hat sein Portfolio und seine Expertise im Umgang mit natürlichen Kältemitteln über Jahrzehnte aufgebaut. Das Unternehmen verkauft beispielsweise seit 2003 Verdichter für R744 (CO₂) und ist der einzige Verdichterhersteller, der Hubkolben-, Schrauben- sowie Scrollverdichter für R290 (Propan) führt.

tab: Was ist Ihre Empfehlung für Bestandsanlagen?

Dr. Heinz Jürgensen: Das Umrüsten von Bestandsanlagen auf Kältemittel mit möglichst geringem GWP wird dringend empfohlen, sofern technisch und wirtschaftlich sinnvoll. Nach unserer Einschätzung werden bereits in naher Zukunft die durch den Phase-Down der F-Gase-Verordnung erheblich reduzierten Mengen an HFKW-Kältemitteln nicht mehr ausreichen, um den Bedarf für Service und Reparatur von Bestandsanlagen zu decken. Einwandfrei funktionierende und dichte Bestandsanlagen sollten weiter betrieben werden, auch um die eh schon geringen Kältemittelmengen nicht unnötig zu verbrauchen. Dabei bieten wir unseren Kunden und Partnern Unterstützung, beispielsweise durch Trainings, Leitfäden und Sonderauslegungen.

tab: Welche Besonderheiten gibt es im Umgang mit natürlichen Kältemitteln?

Dr. Heinz Jürgensen: Natürliche Kältemittel erfordern meist besondere Schulungen für einen sicheren Umgang. So sind Kohlenwasserstoffe wie R290 (Propan) oder R600a (Isobutan) hochentzündlich. R744 (CO₂) wiederum geht mit hohen Anlagendrücken einher. Entscheidend ist es, sich fundiertes Fachwissen über die Kältemittel der Zukunft anzueignen. Wir unterstützen hier mit einer Vielzahl an Informationen. Die Schaufler Academy bietet beispielsweise ein breitgefächertes, praxisorientiertes Schulungsprogramm zum Umgang mit natürlichen Kältemitteln. Die Trainings werden sowohl digital als auch vor Ort in Rottenburg-Ergenzingen angeboten. Außerdem bietet der Bitzer Kältemittel-Report seit vielen Jahren ein verlässliches Nachschlagewerk für die Branche. Der Kältemittel-Report enthält umfassende Informationen zu 132 Kältemitteln, Vergleiche ihrer Stoffdaten sowie konkrete Empfehlungen für Bestands- und Neuanlagen und ist immer aktuell hinsichtlich Regularien und Vorgaben.

Die Anlagenkomponenten selbst müssen für natürliche Kältemittel ausgelegt sein. Bitzer verfügt mit seinen Produkten über eine langjährige Expertise mit natürlichen Kältemitteln und entwickelt sein Portfolio kontinuierlich dahingehend weiter. Auf der diesjährigen Chillventa präsentierten wir beispielsweise zahlreiche Produktneuentwicklungen für den Betrieb mit natürlichen Kältemitteln, wie die Kompaktschraubenverdichterserie ‚CS PRO‘ für einen erweiterten Einsatzbereich mit den Kohlenwasserstoffkältemitteln R290 (Propan) und R600a (Isobutan). Grundsätzlich kann ein Umstieg auf alternative Kältemittel im Zusammenhang mit neuen Verdichtern und Komponenten auch eine höhere Energieeffizienz und Kosteneinsparpotenziale bieten.

tab: Viele Niedrig-GWP-Kältemittel gelten zudem als PFAS und könnten über die EU-REACH-Chemikalienverordnung verboten werden. Kann davon ausgegangen werden, dass sich die PFAS-Verbote durchsetzen?

Dr. Heinz Jürgensen: Die ungesättigten teilfluorierten F-Gase (HFO) wurden als wichtiges Werkzeug zur Verringerung der direkten Treibhausgasemission entwickelt. Was vor Kurzem eingeführt wurde, um die Emissionsquoten der F-Gase-Verordnung zu erreichen, könnte unter ein mögliches PFAS-Verbot fallen. Dann wäre es schwieriger, die Emissionsziele zu erreichen. Wir gehen derzeit stark von einem kommenden PFAS-Verbot aus. Es ist jedoch schwer abzuschätzen, welche Stoffe genau betroffen sein werden. Darum empfehlen wir so eindeutig, bei so vielen Anlagen wie möglich natürliche Kältemittel einzusetzen.

tab: Wie sieht es außerhalb des Europäischen Wirtschaftsraums aus?

Dr. Heinz Jürgensen: Die aktuellen Entwicklungen der Regularien in Europa werden auf der ganzen Welt aufmerksam beobachtet. Das Kigali Amendment sieht auch global eine schrittweise Reduktion von Emissionen durch F-Gase vor – jedoch mit einer versetzten Zeitschiene und abhängig von Ländergruppen. Traditionelle Industrieländer müssen 2024 ihre Emissionen aus dem Verbrauch und der Produktion um 40 % gegenüber den Basisjahren 2011 bis 2013 senken. Andere Länder haben etwas mehr Zeit. Sogenannte Artikel-5-Länder beispielsweise müssen 2024 ihre Emissionen zum ersten Mal überhaupt begrenzen. Viele Länder weltweit setzen sogar auf eine stärkere Reduktion, als das Kigali Amendment vorschreibt – nicht nur die EU mit der F-Gase-Verordnung. Auch beispielsweise Australien, Japan und Norwegen. Verkürzungen können durch die einzelnen Länder beschlossen und durch Finanzierungen des Multilateral Funds gefördert werden. Wenn sich alle Mitglieder einig sind, können die vorgesehenen Zeitschienen auch insgesamt verkürzt werden. Vor 2028 ist damit voraussichtlich jedoch nicht zu rechnen (siehe Bild).

tab: Erwarten Sie in naher Zukunft neue Kältemittel?

Dr. Heinz Jürgensen: Für Sonderanwendungen, zum Beispiel für Hochtemperaturwärmepumpen über +140 °C, ist Wasser als Kältemittel interessant. Für die üblichen Anwendungen werden eher neue Gemische von Kohlenwasserstoffen oder Gemische mit CO₂ auf den Markt kommen. Der Temperaturgleit solcher Gemische kann genutzt werden, um die Effizienz im Verflüssiger und Verdampfer zu erhöhen. Kohlenwasserstoffe lassen sich untereinander so mischen, dass sie die gleiche Drucklage wie ein anderes Kältemittel erreichen. Mit Kohlendioxid können nicht brennbare Gemische hergestellt werden. Umgekehrt mischt man Kohlenwasserstoffe zu CO₂, um den Anwendungsbereich zu erweitern: Ihr Anteil hebt den kritischen Punkt, sodass man bei höheren Temperaturen verflüssigen kann als mit reinem CO₂. Und auf der Niederdruckseite kann man mit den Gemischen tiefer verdampfen, weil die Kohlenwasserstoffe noch bei tieferen Temperaturen als CO₂ flüssig bleiben. Außerdem senkt man die Drucklage gegenüber reinem CO₂ und kann damit Effizienz gewinnen.