Die Evolution der Kältemittel

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Die Kälteindustrie befindet sich seit den 1920er Jahren in einer ständigen Evolution. Im Zentrum dieser Evolution stand immer eine kritische Komponente: das Kältemittel. Die in den frühen Tagen verwendeten Fluide wie Ammoniak (R-717), Chlormethan (R-40) und Schwefeldioxid (R-764) trugen ernsthafte Sicherheitsrisiken wie Toxizität und Entflammbarkeit. Diese Situation war das größte Hindernis für die Verbreitung von Kühlung und Klimatisierung in Häusern und Arbeitsplätzen. Die Branche brauchte eine sowohl sichere als auch effiziente Lösung, und diese Suche initiierte eine Reise der Innovation und Anpassung, die bis heute andauert.

Zweite Generation: FCKW und die Sicherheitsrevolution

Als das Jahr 1928 anbrach, fand in der Geschichte der Kühlung durch die Zusammenarbeit von Frigidaire und DuPont eine Revolution statt. Thomas Midgley Jr. und sein Team entwickelten das erste kommerzielle Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW), Dichlordifluormethan, besser bekannt als R-12. Diese “sicheren” Kältemittel waren nicht giftig und nicht brennbar. Dank dieser Eigenschaften ermöglichten sie die schnelle Verbreitung von Kühlsystemen und wurden als Kältemittel der zweiten Generation bezeichnet. Doch dieses Sicherheitsgefühl sollte Jahre später von einem viel größeren globalen Problem überschattet werden.

Die Ozonkrise und die Geburt des Montreal-Protokolls

1974 veröffentlichten zwei Professoren der University of California, Frank Rowland und Mario Molina, einen Artikel, der die Schädigung der Ozonschicht in der Stratosphäre durch Chlor hervorhob. Diese wissenschaftliche Entdeckung richtete die Augen der Welt auf die unsichtbare Gefahr der FCKW. Die Ausdünnung der Ozonschicht bedeutete die Schwächung des Schildes, der unseren Planeten vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützt.

Diese globale Besorgnis führte 1987 zur Unterzeichnung des Montreal-Protokolls, eines der erfolgreichsten internationalen Umweltabkommen der Geschichte. Dieses Protokoll beendete schrittweise die Produktion und Verwendung von chlorhaltigen FCKW und später HFCKW (teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe). Diese Entwicklung trieb die Branche dazu, Kältemittel der dritten Generation zu entwickeln.

Dritte Generation: FKW und ein neuer Feind: Globale Erwärmung

Nach dem Montreal-Protokoll wurden chlorfreie und daher die Ozonschicht nicht schädigende Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) entwickelt. Diese Fluide schienen eine perfekte Lösung für die Ozonkrise zu sein. Doch auch FKW hatten einen Preis: hohes Treibhauspotenzial (GWP). Genau wie FCKW waren auch FKW Treibhausgase und trugen durch das Einschließen von Wärme in der Atmosphäre zum Klimawandel bei.

Diese neue Erkenntnis brachte die globale Gemeinschaft erneut zum Handeln.

Das Kigali-Abkommen und das Zeitalter der globalen Regulierungen

Im Oktober 2016 wurde in Kigali, Ruanda, eine historische Ergänzung zum Montreal-Protokoll vorgenommen. Mit dem Kigali-Abkommen wurden auch FKW in die Liste der kontrollierten Substanzen aufgenommen. Dieses Abkommen symbolisierte das Engagement der Weltländer, die Auswirkungen von FKW auf die globale Erwärmung zu bekämpfen.

Schon vor Kigali hatten Vorreiterregionen wie die Europäische Union (F-Gas-Verordnung) und der US-Bundesstaat Kalifornien (AB 32 Gesetz) Vorschriften umgesetzt, die die Verwendung von FKW einschränkten und Anforderungen wie Leckagekontrollen und Aufzeichnungen einführten.

Vierte Generation: HFO und die Herausforderung der Entflammbarkeit

Die Tatsache, dass auch FKW schrittweise reduziert werden sollen, führte die Branche zu Kältemitteln der vierten Generation: Hydrofluorolefine (HFO). HFO haben im Vergleich zu FKW viel niedrigere GWP-Werte. Doch vor diesen neuen Fluiden steht ein wichtiges Hindernis: leichte Entflammbarkeit (mildly flammable - Klasse A2L).

Damit HFO weit verbreitet eingesetzt werden können, müssen Organisationen wie ASHRAE, EPA und UL neue Sicherheitsstandards schaffen und diese Standards müssen an lokale Vorschriften angepasst werden.

Die heutige Designphilosophie: “Weniger ist mehr”

All diese Vorschriften und Umweltbelastungen haben die Designphilosophie von Kühlsystemen grundlegend verändert. Der Fokus liegt nicht mehr nur auf Effizienz, sondern auch darauf, die Umweltauswirkungen zu minimieren. Die in dieser Richtung hervorstechenden Trends sind:

• Reduzierung der Kältemittelmenge: Die Minimierung der Gesamtfüllmenge in Systemen reduziert die Auswirkungen eines möglichen Lecks.

• Dichte Systeme: Verhinderung von Emissionen in die Atmosphäre durch die Verwendung dichterer Rohrverbindungen und Komponenten.

• Indirekte und Kaskadensysteme: Systeme, bei denen das primäre Kältemittel (FKW/HFO) nur in einer kompakten Einheit im Maschinenraum verwendet wird und die Wärme mit einem sekundären Fluid wie Glykol transportiert wird, werden immer beliebter. Dieser Ansatz reduziert sowohl die Füllmenge als auch das Leckagerisiko dramatisch.

Zusammenfassend spiegelt die Geschichte der Kältemittel die Suche der Menschheit nach einem Gleichgewicht zwischen technologischem Fortschritt und Umweltverantwortung wider. Diese Reise, die mit Sicherheitsbedenken begann, setzt sich heute mit dem Ziel fort, die Zukunft unseres Planeten zu schützen.

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