Natürliche Kältemittel: Trennung von Mythen und Fakten

FAKT:

Ammoniakdämpfe sind leichter als Luft und sollten daher aufsteigen und sich mit der Zeit sowie über die Entfernung verflüchtigen. Dies ist nicht immer der Fall. Gefährliche Ammoniakkonzentrationen in der Luft können je nach relativer Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Windgeschwindigkeit in Bodennähe bleiben. Bei kühleren Temperaturen mit einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit wird der Dampf in Bodennähe schweben. Achten Sie auf windabwärts gelegene Vertiefungen, in denen sich toxische Ammoniakdämpfe ansammeln und halten können.

Die weiße Wolke, die sich bei den meisten bedeutenden Ammoniakfreisetzungen entwickelt, ist ein unzureichender Indikator für das Ausmaß der Schwaden. Gefährliche Konzentrationen von Ammoniak in der Luft können weit über die sichtbare weiße Wolke hinausgehen.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• Selbst kleinste Ammoniakleckagen können gefährlich sein | CPECN
• 7 Krankenhausaufenthalte nach Ammoniakaustritt in einer Eisdiele in Modesto – CBS Sacramento (cbsnews.com)
• Bei einem der größten Fleischverarbeiter Amerikas wurden Arbeiter durch den Austritt gefährlicher Chemikalien verletzt | CNN Business
• Reaktionsplan der Feuerwehr von Minnesota bei einem Austritt von Ammoniak

FAKT:

Die Eisqualität auf Eisbahnen wird von nur 3 Faktoren bestimmt: der Wasserqualität, den baulichen Gegebenheiten und der Temperatur der Eisfläche.

Bei typischen Eisbahnsystemen wird die Temperatur der Eisfläche durch den Durchfluss einer Niedrigtemperatur-Wärmeübertragungsflüssigkeit (Sole oder Glykol) unter dem Boden geregelt, sodass die Eisfläche physisch von jeglichem Kältemittel im Kältesystem (das sich im Freien oder im Maschinenraum befindet) getrennt ist. Mit anderen Worten: Die Eisbahn kann nicht wissen, welches Kältemittel sich im System befindet, da sie nur die Sole sieht, und solange die Temperatur und der Durchfluss der Sole ausreichend sind, ist es dem Eis gleichgültig.

FAKT:

„Natürlich“ ist ein Marketing-Schlagwort, das nicht auf Technik oder fundierter Wissenschaft basiert. Kältemitteltaugliche CO₂, Kohlenwasserstoffe und Ammoniak, die in der HLK-Industrie verkauft und verwendet werden, werden nicht aus der Natur gewonnen. Vielmehr werden sie, wie alle anderen Kältemittel auch, durch industrielle Prozesse hergestellt.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• Eine Expertenmeinung zu sogenannten „natürlichen Kältemitteln“: Zukunft der Kältemittel
• EFCTC-Faktenblatt – Natürliche Kältemittel
• „Natürliche Kältemittel gibt es nicht“ – Video
• Die kalte Wahrheit: Ein Blick auf die Realität, Spekulation und den Hype in der HLK-Branche
• Chemical & Engineering News – CO₂-Emissionen aus der industriellen Ammoniakherstellung

FAKT:

Das GWP ist nur ein Faktor von vielen bei der Auswahl eines Kältemittels. Wie in Abschnitt 3.1 des ASHRAE-Positionsdokuments über Kältemittel und deren verantwortungsvolle Verwendung hervorgehoben wird: „Die Auswahl der Kältemittel und ihrer Systeme muss auf einer ganzheitlichen Analyse beruhen, die Energieeffizienz und Leistungsfähigkeitsmerkmale, Umweltauswirkungen, Sicherheit für Mitarbeiter und Öffentlichkeit sowie wirtschaftliche Überlegungen einschließt. Ein Kältemittel sollte nicht auf der Grundlage eines einzelnen Faktors wie GWP, Betriebsdruck, Entflammbarkeit usw. ausgewählt werden. Die breite Palette von HLK- und K-Anwendungen und deren Anforderungen auf der ganzen Welt erfordert eine Vielzahl von Kältemitteln, um diesen Ansprüchen gerecht zu werden.“

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• ASHRAE: Positionspapier zu Kältemitteln und deren verantwortungsvollem Einsatz

FAKT:

In den USA zeigen die öffentlichen Daten der EPA GreenChill-Partner, dass der CO₂-Verbrauch in Prozent des installierten Kältemittels im Jahr 2019 unverändert blieb <1 %. Supermarket retailers have a variety of needs for existing and new stores and technology adoption trends vary by region. CO₂ is not a solution for existing system designs and requires purchase and installation of all new equipment. Supermarkets worldwide have had great success using retrofit refrigerants like Opteon™ XP40 (R-449A), resulting in lower GWP, while staying on track with their sustainability goals. In addition, an increasing number of refrigeration design engineers and end-users are exploring ultra-low GWP HFO solutions with new system architectures as a means to deliver the performance, cost, and sustainability they need to maintain seamless operations.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• Lebensmittelhändler noch nicht von CO₂-Kältesystemen überzeugt | ACHR News
• Lebensmittelhändler teilen Bedenken bezüglich alternativer Kältemittel | ACHR News
• Wachsendes Interesse der Lebensmittelhändler an HFO-Lösungen

FAKT:

CO₂-Systeme sind komplex und benötigen einen hohen Betriebsdruck. Eine Unterbrechung dieses Systems, beispielsweise durch eine Hitzewelle, kann zu einem Stillstand führen.

Der Verlust einer vollen Systemfüllung von CO₂ kann zu einem Verlust der Kühlung für mehrere Tage führen, je nach Verfügbarkeit und Versorgung durch qualifizierte Servicetechniker. Geht die vollständige Systemfüllung eines CO₂-Systems verloren, kann es einfrieren und Trockeneis produzieren; ein Neustart des Systems ist dann bis zur Entfernung des Trockeneises nicht mehr möglich. In Lebensmittelgeschäften kann ein mehrtägiger Ausfall der Kühlung zu einer erheblichen Verschwendung von Lebensmitteln führen und die Kosten für Lebensmittelhändler und Verbraucher in die Höhe treiben, wie die Hitzewellen der letzten Jahre gezeigt haben.

Um dieses Problem zu lösen, müssen Einzelhändler Reservesysteme installieren, wodurch sich die Kosten und die Komplexität eines ohnehin schon kostspieligen Systems weiter erhöhen.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• CO₂ als Kältemittel – Fünf potenzielle Gefahren von R-744 (copeland.com)
• Einfrieren von CO₂: Warum es passiert und was Sie tun können (harrisproductsgroup.com)
• CO₂: Die unbequeme Wahrheit
• Kurzes Video: Großer britischer Einzelhändler, ASDA, entscheidet sich für A2L-Kältemittel
• Emerson E360 Webinar: Vorbereitung für den sicheren Einsatz von A2L-Kältemitteln in der gewerblichen Kältetechnik

FAKT:

Der Wirkungsgrad einer Kälteanlage wird weitgehend von der Konstruktion, der Anlagenauswahl und den Betriebsbedingungen bestimmt. Tatsächlich haben viele moderne Systeme mit fluorierten Kältemitteln im Vergleich mit Ammoniak-R-717-Anlagen einen gleichwertigen oder besseren Wirkungsgrad. Moderne Kältesystemdesigns werden ständig erneuert und verbessert, insbesondere wenn es um die Optimierung der Energieeffizienz geht. Um die Leistungsfähigkeit einer Kälteanlage wirklich beurteilen zu können, ist eine gründliche und fachkundige technische Analyse erforderlich, welche die spezifischen Details des Systems, der Anwendung, des Standorts und der Betriebsbedingungen berücksichtigt. Pauschale Aussagen, die einfach nur Kältemittel vergleichen, ohne andere Faktoren zu berücksichtigen, sind eine zu starke Vereinfachung und könnten zu ungenauen Schlussfolgerungen führen.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• Die Systemeffizienz ist wichtiger als das GWP
• ORFA-Veröffentlichung, Frühjahr 2019: Wirkungsgrad 2.0

FAKT:

Aufgrund ihres Hochdruckbetriebs sind CO₂-Systeme bei Stromausfällen und Wartungsarbeiten deutlich anfälliger für den Verlust der kompletten Füllmenge. In der Tat sind in CO₂-Systemen aus Sicherheitsgründen Notablassventile eingebaut, um das Ablassen der Füllung zu fördern, falls erforderlich. Eine 2018 in den USA durchgeführte Studie mit ~200 transkritischen Systemen ergab, dass diese eine sehr hohe Leckage-Rate (~48,3 %) aufwiesen, was bedeutet, dass jede Filiale alle zwei Jahre den Gegenwert ihrer gesamten Befüllung verliert.

Um Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, installieren die meisten Händler Reserve-Kältesysteme zur Kühlung des Empfängers oder lagern volle CO₂-Anlagenfüllungen vor Ort und zahlen die damit verbundenen Flaschenmietgebühren. Alle diese Maßnahmen verursachen zusätzliche Kosten für den Eigentümer/Betreiber.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• Emerson Climate Conversations: CO₂ als Kältemittel – R-744 Vorteile/Nachteile
• Fünf Fakten, die Sie vor der Umstellung auf CO₂ beachten sollten

FAKT:

Obwohl es als „natürliches“ Kältemittel vermarktet wird, trägt die Herstellung von Ammoniak als Kältemittel erheblich zur Entstehung von Treibhausgasen und zum Verbrauch fossiler Brennstoffe bei.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• Wissenschaftler suchen nach einem Weg, die Ammoniakherstellung nachhaltiger zu gestalten – Cooling Post
• globalFACT: Wissen Sie, wo Ihr Ammoniak-Kältemittel geblieben ist?

FAKTEN

Große Kohlendioxidleckagen können Sauerstoff verdrängen und ein Erstickungsrisiko darstellen. Der Grenzwert für die akute Toxizität (ATEL) für R-744 liegt bei 54 g/m3 oder 30.000 ppm, wobei selbst kurzzeitige Expositionen über diesem Wert bedenklich sein können. Tatsächlich ist CO₂ ab einer Konzentration von 2 % (Vol/Vol) giftig und kann ab 25 % tödlich sein.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• CO₂ als Kältemittel – Fünf potenzielle Gefahren von R-744

FAKT:

Tatsächlich sind die Gesamtzyklusemissionen der mit „natürlichen Kältemitteln“ betriebenen Systeme höher als bei F-Gasen.

Die meisten F-Gase verschwinden im Vergleich zu „natürlichen Kältemitteln“ wie CO₂ schnell aus der Atmosphäre. So sind nach 100 Jahren noch 30 % der CO₂-Emissionen in der Umwelt, die dort über eintausend Jahre verbleiben.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• Atmospheric Chemistry and Physics Journal, 2013. 
• Die Atmosphäre: Kohlendioxid in den Griff bekommen – NASA Science

FAKT:

Industriegase wie CO₂ sind energieintensiver als F-Gase und können sich auf Umwelt- und Klimaziele nachteilig auswirken. 

CO₂ ist ein deutlich weniger effizientes Kältemittel. Geringe Effizienz bedeutet mehr Stromverbrauch und damit mehr Treibhausgas-Emissionen. Bereits heute existieren schadensbegrenzende Technologien, um die Effizienz von CO₂-Systemen zu verbessern, aber meist sind sie komplex und benötigen Wasser als Ausgleich.

FAKT:

Eingehende Studien haben gezeigt, dass F-Gase für die vorgesehene Verwendung unbedenklich und daher „natürlichen“ Gasen wie Propan, Ammoniak und CO₂ vorzuziehen sind, da diese Industriegase leicht entflammbar, korrosiv oder mit hohen Betriebskosten verbunden sind. Diese Risiken schränken ihre Eignung zur Unterstützung der globalen Klimaziele ein.

Propan ist hochentzündlich. Schon eine statische Entladung beim Laufen über einen Teppich kann unbeabsichtigt ausgetretenes Propan entzünden. Tatsächlich beträgt die Mindestzündenergie zur Entzündung von R-1234yf mehr als 5.000 mJ, während sie bei R-290 weniger als 0,5 mJ beträgt, das ist ein Faktor von 10.000X.

Ammoniak ist allein schon deshalb in seiner Verwendung eingeschränkt, weil es hochgradig toxisch ist und im Falle eines Lecks ein Gesundheitsrisiko darstellt. Zudem ist Ammoniak entflammbar und gilt als ernsthaftes Gesundheitsrisiko, weil es auf Haut, Augen und Lungen ätzend wirkt, und eine Belastung von 300 Teilen pro Million (ppm) bereits eine Gefahr für Leben und Gesundheit darstellt.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• Ammoniak-Kältemittel – Übersicht | Occupational Safety and Health Administration (osha.gov)
• Das Potenzial von Propan als Kältemittel – ACR Journal
• Entflammbarkeitsmerkmale von HFO-1234yf – gering – 2010 – Process Safety Progress – Wiley Online Library
• Zur Mindestzündenergie (MIE) für Propan/Luft – ScienceDirect

FAKT:

Selbst wenn sich einige F-Gase in TFA zersetzen, so ist dies doch eine in der Natur vorkommende Substanz, und die in der Umwelt gemessenen und in naher Zukunft vorhergesagten Konzentrationen liegen weit unter den für die menschliche Gesundheit und die Umwelt relevanten Grenzwerte. 

TFA ist für Menschen und die Umwelt nicht gefährlich, weil die in der Umwelt vorkommenden Mengen deutlich unter den (umwelt-) toxischen Grenzwerten liegen, es von Tieren leicht ausgeschieden werden kann und zudem besondere Eigenschaften aufweist, die eine Anreicherung in der Nahrungskette verhindern.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• UN Environment Programme, „Environmental Effects of Ozone Depletion Amid its Interactions with Climate Change“  

FAKT:

Auch wenn CO₂ nicht die gleichen Risiken birgt, wie man sie von anderen „natürlichen“ Kältemitteln kennt, gilt es als Stickgas mit einer sehr hohen Leckage-Rate. 

Aufgrund ihres Hochdruckbetriebs sind CO₂-Systeme bei Stromausfällen und Wartungsarbeiten deutlich anfälliger für den Verlust der kompletten Füllmenge. Und wenn das Gas erst einmal austritt, dann geschieht dies schnell. Hierdurch kann in kurzer Zeit der gesamte Betrieb lahmgelegt werden, und je nach Anwendung bestehen durch das Stickgas auch Sicherheitsrisiken. CO₂ ist zudem schwerer als Luft. Wann immer es also in einem geschlossenen Raum austritt, kann dies für alle, die dem Gas ausgesetzt sind, extrem gefährlich werden. Schon bei Konzentrationen von 2 % gilt es als toxisch.

Laut einem Bericht des CO₂-Lieferanten NASCR aus dem Jahr 2023 haben CO₂-Supermärkte im Durchschnitt eine Leckage-Rate von ~100 %, was im Wesentlichen dem Ausstoß der gesamten Füllung in einem Jahr entspricht. Um eine Unterbrechung des Geschäftsbetriebs zu vermeiden, lassen die meisten Einzelhändler Backup-Kältesysteme und/oder Notstromaggregate installieren, was letztlich die Kosten für den Inhaber/Betreiber erhöht.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

• CO₂-Versorgung – NASRC – Präsentiert auf der FMI Energy and Store Design Conference 2023, Baltimore, MD
• USDA Carbon Dioxide: Health Hazard Information Sheet
• Fünf Fakten, die Sie vor der Umstellung auf CO₂ beachten sollten

FAKT:

„Natürlich“ ist ein Marketing-Schlagwort und basiert nicht auf Technik oder fundierter Wissenschaft. Kältemitteltaugliche CO₂, Kohlenwasserstoffe und Ammoniak werden nicht aus der Natur gewonnen. Wie alle anderen Kältemittel werden sie durch industrielle Prozesse hergestellt.  

„Natürliche Gase“ sind also identisch mit synthetisch hergestellten Industriegasen, die vor über einhundert Jahren eingesetzt und deren Nutzung mittlerweile aus gutem Grund weitgehend eingestellt wurde. Darüber hinaus sind Anlagen, die Industriegase wie CO₂ verwenden, oft weniger energieeffizient als F-Gas-Lösungen, die sie ersetzen sollen; letztlich verursachen sie im Vergleich zu F-Gasen höhere Lebenszyklus-Emissionen.

UNTERSTÜTZENDE RESSOURCEN:

UN Environment Programme, „Environmental Effects“ 2022 Assessment Report

FAKT:

F-Gase spielen eine wichtige Rolle dabei, die Klimaziele, die strategische Autonomie und die Innovationsziele der EU zu erreichen.

F-Gase tragen insofern zum Erreichen der Ziele bei, als sie beim Heizen und Kühlen weg von fossilen Energien und hin zu energieeffizienten Lösungen führen, etwa der Einführung von Wärmepumpen. F-Gase sind zudem wiederverwendbar, wenn Anlagen das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, und tragen so zur Realisierung der Kreislaufwirtschaft bei.

Ein verminderter Zugang zu F-Gasen würde bedeuten, dass die Einführung von Wärmepumpen verlangsamt würde, die Kosten eines Umstiegs erhöht würden, dass eine unglaubliche Materialverschwendung (aus nicht nutzbaren Systemen) entstehen würde, und die Nutzung und Bereitstellung von Wärmepumpen in Europa zum Erliegen käme.

In gründlichen Studien wurde nachgewiesen, dass F-Gase sicherer und besser als bestimmte Alternativen wären. „Natürliche“ Optionen wie Propan, Ammoniak und CO₂ bergen hohe Risiken, darunter solche wie Toxizität, Entflammbarkeit und hohe Betriebskosten, wodurch sie zum Erreichen der EU-Klimaziele nicht geeignet sind.