Informationen Kältemittel, Stand Juni 2022

Viele der eingesetzten Kältemittel (fluorierte Kältemittel) sind umweltschädlich und international reglementiert (Montreal Protocol oder EU F-GaseV). In diesem Informationsblatt werden die wichtigsten Punkte bezüglich der Auswahl und Verfügbarkeit von Kältemitteln zusammengefasst und Empfehlungen ausgesprochen. In Deutschland werden etwa 14% der gesamten elektrischen Energie für Kühlprozesse aufgebraucht. 
Die dadurch entstehenden Emissionen haben einen wesentlichen Einfluss auf unser Klima und werden als indirekte CO₂-Emissionen bezeichnet. Direkte Emissionen von Kältemaschinen werden durch Leckagen und den daraus resultierenden Austritt von Kältemitteln verursacht. Auch bei Wartungen, dem Befüllen und bei der Entsorgung der Anlage wird Kältemittel freigesetzt. Kältemittel wirken sich unterschiedlich auf die Umwelt aus.

Der GWP-Wert eines Kältemittels definiert dessen Treibhauspotenzial in Relation zu CO₂ (auch als CO₂-Äquivalent genannt). CO₂ hat ein normierten GWP von 1. Das heißt, der GWP-Wert gibt an, um das wie vielfache die Kältemittel den Treibhauseffekt im Vergleich zu CO₂ stärker beeinflussen. Ein GWP-Wert ist immer auf einen Zeithorizont bezogen und beschreibt somit die Auswirkungen auf die globale Erwärmung in dem vorgegebenen Zeitraum. Für aktuell geltenden Regularien, wie z.B. in Europa, wird die F-Gase Verordnung auf ein GWP100 referenziert und beschreibt daher, welche Auswirkungen ein Treibhausgas in einem Zeithorizont von 100 Jahren hat. Aus der neusten Veröffentlichung des IPCC geht hervor, dass die nächsten 10-20 Jahre entscheiden, ob das internationale Klimaabkommen eingehalten wird oder nicht. Eine Betrachtung des GWP20 ist daher klimapolitisch relevant, allerdings nicht rechtlich bindend. Hierzu gilt wie erwähnt der GWP100.

Die EU F-Gase Verordnung (Verordnung (EU) Nr. 517/2014), die im Jahr 2015 in Kraft getreten ist, hat das Ziel, CO₂-Äquivalente durch fluorierte Treibhausgase bis 2030 auf etwa 21 % zu reduzieren. Hierzu wird schrittweise die auf dem Markt erlaubte Gesamtmenge an CO₂ Äquivalenten, der fluorierten Treibhausgase, reduziert (vgl. Tabelle 1). Der Ausgangswert liegt bei 183,1 Millionen Tonnen (100 %), was der Durchschnittsmenge an CO₂-Äquivalenten, die zwischen 2009 und 2012 auf den europäischen Markt gebracht wurde, entspricht. Um diesen Wert zu kompensieren, müsste ganz Deutschland 1,25 Jahre lang auf Straßenverkehr verzichten oder 2.7 Jahre lang den landwirtschaftlichen Sektor einstellen (Stand 2020). Kälteanlagen mit einer Füllmenge von >40 Tonnen CO₂-Äquivalente, welche mit einem Kältemittel mit einem GWP von über 2500 betrieben werden, sind seit dem 1.1.2020 durch den Artikel 13 verboten. Ausnahme hierbei besteht für Anlagen mit einer Nutztemperatur von unter -50 °C und für die Wartung und Instandhaltung mit recycelten Kältemitteln. Ab 2030 dürfen auch keine recycelten Kältemittel für Anlagen mit Anwendungstemperaturen >-50 °C eingesetzt werden. Es wurde schließlich im Jahr 2022 eine Revision der F-Gase Verordnung vorgeschlagen.

Angebot und Nachfrage bestimmen in der freien Marktwirtschaft den Preis. Durch Regulierungen und der damit verbundenen, eingeschränkten Verfügbarkeit an Kältemitteln auf dem Markt, kommt es zwangsläufig zu einer Preissteigerung von GWP-Kältemitteln. Die erste Beschränkung der maximal inverkehrzubringenden Menge an CO2-Äquivalenten im Jahr 2017, hatte eine starke Preissteigerung der Kältemittel zur Folge. Der hohe Preisanstieg der Kältemittel führte dazu, dass sich seit 2018 ein illegaler Markt an GWP-Kältemittel innerhalb der EU gebildet hat. In Folge dessen und der zuzüglichen Bevorratung an Kältemitteln lag nach Angaben des Öko-Recherche Reports ein Überangebot an Kältemittel im dritten Quartal 2019 vor, was zu einer Preissenkung der Kältemittel führte (Abbildung 2). 

Durch die Oxidation von Halothan wird TFA im Körper gebildet und nach der Verabreichung wird ein Anstieg der ALT-Konzentration verzeichnet und ist nach Stopp der Verabreichung wieder rückläufig. Die gleiche Charakteristik ist bei der direkten Zugabe von TFA im Trinkwasser aus der Studie des UBA zu erkennen. Bevor Chemikalien in die Umwelt eingebracht werden, muss nachgewiesen werden, dass sie sowohl für Menschen als auch für die Umwelt unschädlich sind. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis es zu negativen Auswirkungen auf Menschen und Umwelt kommen wird. 

Die ECHA steht für Europäische Chemikalienagentur (European Chemicals Agency) mit Sitz in Helsinki, Finnland. Die ECHA ist verantwortlich für die Umsetzung der EU-Chemikalienverordnung REACH, die Verordnung über die Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe, genauere Informationen finden Sie hier.

Aufgrund des Vorschlags zur Beschränkung von PFAS (per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen), von den Behörden in Dänemark, Deutschland, den Niederlanden, Norwegen und Schweden am 13. Januar 2023 bei der ECHA eingereicht, steht ein Verbot einiger tausender Substanzen im Raum. Der Vorschlag zielt darauf ab, PFAS-Emissionen in die Umwelt zu verringern und Produkte und Verfahren für Mensch und Umwelt sicherer zu machen. Ein Verbot würde diverse Kältemittel betreffen, darunter alle HFO-Kältemittel und einige etablierte Kältemittel, die auch Bestandteil von Kältemittelgemischen sind. Insbesondere die HFO-Kältemittel zersetzten sich in der Atmosphäre zu TFA; ein hochmobiles und persistentes kurzkettiges PFAS.

Am 5. April 2023 wird eine Online-Informationssitzung organisiert, um das Beschränkungsverfahren zu erläutern und denjenigen zu helfen, die sich an der am 22.03.2023 startenden 6-monatigen Konsultationsphase beteiligen möchten. 
Des Weiteren sind alle Low-GWP-Gemische betroffen, da diese HFO enthalten.
Z.B. R-452A/B, R-454A/B, R-455A, R-469A,

Ziel von Energieeffizienzmaßnahmen ist die Reduktion des Gesamtenergiebedarfs von Prozessen durch Herabsetzung der quantitativen und qualitativen Verluste, die bei der Wandlung, dem Transport oder der Speicherung von Energie auftreten. Kälteanlagen benötigen mehr Antriebsenergie (bei einer konstanten Wärmesenke und einer konstanten Kälteleistung) je niedriger die Nutztemperaturen sind. Das Verhältnis der Kälteleistung und der Antriebsleistung wird als Kälteleistungszahl beschrieben.  Bei typischen Kälteanlagen zur Klimatisierung liegt die Kälteleistungszahl in der Größenordnung von 3. D.h. für 1 kW Antriebsleistung stellt eine Kälteanlage 3 kW Kälteleistung für die Klimatisierung bereit. Die maximale Kälteleistungszahl, welche sich bei einem verlustfreien, reversiblen Prozess erreichen lässt, wird durch die Kälteleistungszahl eines Carnot-Prozesses beschrieben. Dieser ist rein von der Umgebungstemperatur (Wärmesenke) und der Nutztemperatur (Wärmequelle) abhängig. Je tiefer die Nutztemperatur gefordert ist, desto geringer ist auch die Kälteleistungszahl einer Kältemaschine. Unterschiedliche Kälteerzeugungsverfahren weisen unterschiedliche Effizienzen abhängig von der Temperatur auf. Kompressionskälteanlagen (2-stufige-Booster-Anlagen oder Kaskaden) sind im Vergleich mit der Kaltluftkältetechnik bis Nutztemperaturen von -50 °C effizienter. Ab Temperaturen von  -70 °C ist die Kaltluftkältetechnik am effizientesten. Häufig wird flüssiger Stickstoff zur Prozesskühlung eingesetzt. Dieses Verfahren unterscheidet sich grundlegend darin, dass das Kältemittel (Stickstoff) verbraucht wird und bereits in einer Luftzerlegungsanlage bei Temperaturen von -196 °C erzeugt wurde. Die Erzeugung von flüssigem Stickstoff bei -196 °C benötigt deutlich mehr Energie als die Erzeugung von Prozesstemperaturen von -80 °C mit einer Kälteanlage. Eine Verwendung von Stickstoff bei hohen Nutztemperaturen führt demnach zu einem hohen Stickstoffverbrauch und hohen Energiekosten, welche in der Regel nicht in die Bilanz des produzierenden Unternehmens einfließen. Die Wahl der Kältetechnik erfordert daher die Kenntnis der sinnvollen Einsatzbereiche der unterschiedlichen Kältetechnologien. Mehr zum Thema Energieeffizienz finden Sie in unserem frei verfügbaren ULT-Report.

Der Großteil der Kälteanlagen für die Tieftemperaturtechnik steht durch die verwendeten Kältemittel (z.B. R404A, R410A, R499A, R23) unter Reglementierung der EU F-Gase Verordnung. Aktuell sind hoch GWP Kältemittel durch die Ausnahme des Artikels 13 der Verordnung F-Gase bis mindestens 2030 erlaubt. Es werden, bedingt durch klimapolitische Ziele, weitere Einschränkungen der Nutzung von Kälteanlagen mit hohem GWP in den kommenden Jahren auf die Betreiber zukommen. Unter anderem wird vermehrt die -50 °C Ausnahme bei der Verwendung von hochen GWP-Kältemitteln kritisiert und mögliche Phase-Downs vorgeschlagen. Um weiterhin eine Produktionssicherheit zu gewährleisten, müssen frühzeitig strategische Entscheidungen getroffen und in zukunftssichere Technologie investiert werden. Wer aktuell in Neuanlagen und Retrofits mit hohem GWP (z.B. R452A) investiert, läuft Gefahr ab 2030 seine Anlagen nicht mehr betreiben zu können, da entweder Wartungen verboten sind oder die Verfügbarkeit der Kältemittel stark abnimmt und die Kosten für Wartungen erheblich steigen. Zukunftssichere Technologien werden langfristige Lösungen mit natürlichen Kältemitteln sein, da zum einen diese umweltfreundlich und effizient sind und zum anderen frei von sämtlichen Regularien. Für Anwendungen unterhalb von -50 °C haben sich hierzu die Kaltluftkältetechnik und Kaskadenanlagen mit brennbaren Kältemitteln etabliert und werden bereits in vielen Anwendungen sicher eingesetzt. Neben Neuanlagen muss zusätzlich die Betrachtung der bestehenden Anlagen mit einbezogen werden. Viele Anlagen lassen sich mit einem Retrofit der Kälteerzeugungsseite ausstatten, ohne den eigentlichen Prozess zu verändern.