Dies zeigt sich auch im Kältemittelbereich. So sorgt die F-Gase-Verordnung für einen stufenweise stattfindenden Phasedown von HFKWs, die zwar jahrelang erprobt und sehr effizient sind, jedoch auch hohe Treibhausgaspotenziale aufweisen (Global Warming Potential = GWP). Bei der Suche nach Alternativen stolpert man häufig über die Worte „natürliche“ bzw. halogenfreie Kältemittel. Diese Produktgruppe umfasst z. B. Elemente wie Kohlenstoffdioxid (R 744) – welches von Haus aus in der Natur vorkommt und somit kein bzw. nur ein sehr geringes Global Warming Potential aufweist.
R 744 - ein altbekanntes Kältemittel gewinnt an Bedeutung
Bereits im vorletzten Jahrhundert wurde CO2 als Kältemittel in der Schifffahrt verwendet. Über die Jahre verlor es jedoch an Bedeutung und erlebt nun, mit der zunehmenden Umweltdiskussion und einer innovativer werdenden Kältetechnologie, einen immer stärkeren Aufschwung. R 744 (CO2) ist nicht brennbar, schwerer als Luft, verdrängt Sauerstoff und erstickt Flammen. Zudem ist es ungiftig, geruch-, geschmack- und farblos. Dadurch, dass es 1,5-mal schwerer ist als Luft, sinkt es bei einem unkontrollierten Entweichen in tiefergelegene Bereiche ab (z. B. Kellerräume und Luftschächte). Bei hohen CO2-Konzentrationen und wenig Luftzirkulation kann somit Erstickungsgefahr bestehen. Aufgrund der thermophysikalischen Eigenschaften hat R 744 einen sehr guten Wärmeübergangskoeffizienten und eine geringe Viskosität. Darüber hinaus ist es relativ unempfindlich gegenüber Druckverlusten.
Obwohl R 744 zur Sicherheitsklasse A1 gezählt wird, und somit weder brennbar noch giftig ist, setzt seine Anwendung ein spezifisches Fachwissen voraus. So gilt es besonders bei CO2-NH3-Kaskaden-Kälteanlagen zu beachten, dass bei Undichtigkeiten beide Stoffe stark miteinander reagieren können. Dabei verbinden sie sich zu Ammoniumcarbonat, dem sogenannten Hirschhornsalz, welches zu irreparablen Anlageschäden führen kann. Wenn man jedoch einige Punkte beachtet, bietet R 744 eine umweltschonende Alternative zu vielen HFKWs oder HFOs. Doch es geht immer noch etwas nachhaltiger.
Was ist biogenes R 744?
Biogenes R 744 ist Kohlenstoffdioxid, welches bei der Herstellung von Bioethanol gewonnen wird. Aus dem Wort Bioethanol leitet sich auch das Wort „biogen“ ab, welches bedeutet, dass die Rohstoffe des Ausgangsprodukts organischen und auch nachwachsenden Ursprungs sind.
Gewinnung von biogenem und „normalen“ R 744
Generell kann CO2 nicht produziert werden. Es befindet sich in unserer Atmosphäre und große Teile wurden über viele Millionen Jahre z. B. in Erdöl oder Erdgas gebunden. Ein Weg das gebundene Kohlenstoffdioxid freizusetzen, ist die Verbrennung von Erdöl und -gas bzw. die Herstellung von Benzin. Zudem haben sich vor allem in der Nähe von Vulkanen CO2-Quellen gebildet, die in 100 bis 3000 Metern Tiefe durch Bohrungen erschlossen werden. Bei all diesen Prozessen wird CO2 schlagartig freigesetzt und kann nach weiteren aufwändigen Aufbereitungsprozessen für industrielle Anwendungen genutzt werden. Die Gewinnung von biogenem R 744 kann man sich dagegen wie einen Kreislauf vorstellen.
Die Pflanzen, welche für die Produktion von Bioethanol verwendet werden, nehmen CO2 durch Fotosynthese aus der Atmosphäre auf (Bild 1 Punkt 1-2). Während der Herstellung von Bioethanol kommt es zu einer alkoholischen Gärung, der sogenannten Fermentierung. Dabei wird das CO2, welches von den Pflanzen aus der Luft gefiltert wurde, wieder als Rohgas abgegeben (Bild 1 Punkt 3-4).
Dieses Rohgas wird im nächsten Schritt aufbereitet, sodass es für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden kann, z. B. als biogenes R 744 oder auch zum Sprudeln von Getränken (Bild 1 Punkt 5-6). Dabei wird wiederrum CO2 freigesetzt, welches in die Atmosphäre gelangt und neuen Pflanzen zum Wachstum dient. So entsteht ein natürlicher Kreislauf, der auf nachwachsenden Rohstoffen basiert.
Was ist der Unterschied zwischen R 744 und biogenem R 744?
Die Qualität von biogenem R 744 ist in vielen Fällen an die Verfügbarkeit von pflanzlichen Rohstoffen sowie den klimatischen Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind, geknüpft. Um diese Schwankungen auszugleichen, hat die Tyczka Industrie-Gase GmbH (TIG) ihre Abfüllprozesse dahingehend optimiert, dass die nötige Kenngröße der Feuchtigkeit immer unter 5 ppm liegt. Dies unterschreitet sogar die Vorgaben nach AHRI 700 (internationaler Standard für Kältemittel), welcher lediglich besagt, dass die Feuchte nicht mehr als 10 ppm betragen darf. Auf diese Weise ergeben sich keine Unterschiede in der Effizienz und der Anwendung von biogenem R 744 und R 744.
Bild: Tyczka Industriegase
Biogenes R 744 in der Anwendung
Biogenes R 744 weist, aufgrund der hohen volumetrischen Kälteleistung und dem hohen Wärmeübergangswert, eine gute Effizienz auf. Es hat seinen optimalen Einsatzbereich bei einer Verdampfungstemperatur zwischen -20°C und -52°C und eignet sich somit besonders gut für den Einsatz in Frosteranlagen. Aber auch im Supermarkt bei der Normalkühlung (Molkereiprodukte) im transkritischen Bereich und bei der Tiefkühlung (gefrorene Waren) kommt es verstärkt zum Einsatz.
Dadurch, dass das biogene R 744 der TIG einen maximalen Feuchtigkeitsgehalt von 5 ppm nicht überschreitet, entspricht es auch den Anforderungen der Verdichterhersteller. Dieser geringe Feuchtigkeitsgehalt ist nötig, um die Bildung von Eiskristallen in der Anlage und dadurch Betriebsstörungen und Schäden an den Komponenten zu vermeiden. Außerdem verhindert er die Bildung von Säure (Kohlensäure), welche problematische Auswirkungen auf das eingesetzte Verdichteröl hat und zum Verlust der Schmierfähigkeit, und somit zu Verdichterschäden führt.
Bild: KältenKlub
Ein Kältemittel für eine nachhaltigere Zukunft
R 744 ist bereits von sich aus ein „natürliches“, halogenfreies Kältemittel mit einem GWP von 1. Durch die besondere Produktionsweise aus nachwachsenden und organischen Rohstoffen ist biogenes R-744 eine der nachhaltigsten Alternativen im Kältemittelbereich, das gleichzeitig eine hohe Effizienz bietet.
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