CO2: Der Retter der Nachhaltigkeit?

Während die Welt mit dem Klimawandel kämpft, ebnen Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial (GWP) den Weg für umweltfreundlichere Systeme. Natürliche Kältemittel wie Kohlendioxid (CO2 / R-744) werden als Lösung für die Dekarbonisierungsziele der Kälteindustrie gepriesen. Obwohl die umweltfreundlichen Eigenschaften von CO2 unbestreitbar sind, führt der Umstieg auf R-744 tatsächlich zu einer sofortigen Reduktion des CO2-Fußabdrucks, oder gibt es noch mehr zu berücksichtigen, um die Umweltziele zu erreichen? Dieser Artikel untersucht die verschiedenen Faktoren, die die Nachhaltigkeit von Kühlsystemen beeinflussen, und erklärt, warum CO2 allein keine Allheilmittel für die Erreichung der Netto-Null-Ziele ist.

Die Vorteile von CO2 als umweltfreundliches Kältemittel

Klar ist, es gibt viele Gründe, warum R-744 einen ausgezeichneten Ersatz für synthetische Kältemittel darstellt.

1) Umweltwirkung

CO2 hat ein Treibhauspotenzial von 1 und ein Ozonabbaupotenzial von 0. Durch den Wechsel zu CO2 kann die Branche die direkten Emissionen von potenten Treibhausgasen mindern und die Klimaauswirkungen von Leckagen und unsachgemäßer Entsorgung erheblich verringern.

2) CO2 kommt natürlich vor und ist in der Umwelt leicht verfügbar

Im Gegensatz zu synthetischen Kältemitteln kann CO2 ohne erhebliche Störungen der Umwelt gewonnen werden.

3) Eine Vielzahl von energieeffizienten Anwendungen

In den richtigen Anwendungen sind CO2-Kühlsysteme, insbesondere transkritische CO2-Systeme, für ihre Energieeffizienz bekannt. Sie sind ideal für die gewerbliche Kühlung und Wärmepumpen in kühleren Klimazonen, und die erzielten Effizienzgewinne können weiter zur Dekarbonisierung beitragen, indem sie den gesamten Energieverbrauch senken.

4) Sicherheit

CO2 ist nicht brennbar, nicht explosiv und ungiftig, was einen wichtigen Sicherheitsaspekt darstellt.

5) Geringes Volumen

CO2 hat ein geringes Volumen, was die Installation kompakter Geräte und die Verwendung in kleinen Mengen ermöglicht.

6) Nicht korrosiv

CO2 ist nicht korrosiv und mit allen Materialien kompatibel.

Die Grenzen von CO2 als umweltfreundliches Kältemittel

In vielen Anwendungen ist CO2 eine wirklich nachhaltige Wahl. Dennoch gibt es Einschränkungen, wenn man sich ausschließlich auf R-744 verlässt, um Dekarbonisierungsziele zu erreichen.

1) Herausforderungen bei Produkttests

Alle Akteure der Industrie benötigen zuverlässige und genaue Leistungsdaten, um Kühlsysteme zu spezifizieren, zu kaufen, zu entwerfen, zu installieren, zu warten und zu betreiben. Die Tests, die erforderlich sind, um diese Daten für CO2-Kühlsysteme zu erhalten, sind jedoch komplex, da viele Variablen die Leistung beeinflussen.

Zum Beispiel gibt es Hunderte von verschiedenen Methoden, um die Leistung von Wärmetauschern zu steigern:

• Die Geometrie der Wärmetauscher, die Materialien, die Winkel der Lamellen und der Typ haben einen erheblichen Einfluss auf den Wärmeübergangskoeffizienten, auch wenn die gleiche Austauschfläche verwendet wird.
• Beim Vergleich zweier Wärmetauscher mit identischem Typ, Geometrie und Technologie sowie derselben Wärmeaustauschfläche kann dennoch einer von ihnen eine viel bessere Leistung erbringen.
• Refrigerant-Zusätze (Nanofluide; in Kältemitteln oder Schmierstoffen dispergierte Nanopartikel) können den Wärmeübergangskoeffizienten in Abhängigkeit vom Typ des Wärmetauschers verbessern.
• CO2 hat seine eigenen einzigartigen Eigenschaften, die einen spezifischen Testprozess und Korrekturfaktoren erfordern, um genaue Ergebnisse zu erzielen.

Für Hersteller, die ihre eigenen Leistungsdaten angeben, tragen Unterschiede in den Testeinrichtungen, der Kalibrierung der Testgeräte sowie in Prozessen und Verfahren zu den oben genannten Komplikationen bei. Daten, die nicht unabhängig überprüft wurden, können anfällig für Abweichungen zwischen den erwarteten und den angegebenen Leistungen sein. Daher können Entscheidungsträger nicht immer allein anhand der angegebenen Daten feststellen, ob ein Produkt wie versprochen funktioniert.

2) Unterperformance

Produkte, die auf der Grundlage falscher Daten spezifiziert wurden, können:

• Mehr Energie verbrauchen und viel höhere Betriebskosten verursachen
• Einen größeren CO2-Fußabdruck erzeugen
• Die Leistung und den Energieverbrauch anderer Systemteile negativ beeinflussen
• Nicht den gesetzlichen Vorschriften entsprechen
• Die Anforderungen des Endbenutzers nicht erfüllen
• Anfälliger für Störungen und Ausfälle sein
• Zu Beschwerden, Strafen und Rechtsstreitigkeiten führen
• Den Ruf schädigen.

Zudem können die möglichen Kostenvorteile durch die Installation eines günstigeren Produkts durch die zusätzlichen laufenden Energiekosten zunichtegemacht werden.

3) Herausforderungen im Systemdesign

CO2-Systeme erfordern oft höhere Drücke, um effektiv zu arbeiten, was zu komplexeren Designs und manchmal zu einem höheren Energiebedarf und höheren Betriebskosten führt. Die Notwendigkeit von spezialisierten Materialien und Komponenten, die hohen Drücken standhalten können, erhöht auch die anfänglichen Investitionen für die Installation von CO2-Systemen, wodurch die Kosten zu einem größeren Problem werden.

4) CO2 ist keine universelle Lösung

R-744 ist nicht für alle Klimazonen oder Anwendungen das ideale Kältemittel. In wärmeren Klimazonen kann die Energieeffizienz von CO2-Systemen sinken, was zu einem höheren Energieverbrauch führt, um die gewünschten Kühlstufen aufrechtzuerhalten. Dies verringert den Nettoumweltvorteil und unterstreicht die Notwendigkeit regionaler Überlegungen bei der Auswahl des Kältemittels.

Verringerung des CO2-Fußabdrucks

Um eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen zu erreichen, reicht ein Wechsel des Kältemittels allein nicht aus; auch die Energieeffizienz muss priorisiert werden. Aber wie können Entscheidungsträger angesichts des Risikos ungenauer Leistungsdaten wirklich energieeffiziente Produkte identifizieren, die alle relevanten Informationen darüber enthalten, wie sie in ihrer Region funktionieren werden?

Glücklicherweise verwenden viele Hersteller externe Labore, um ihre Daten unabhängig zu validieren. Die Verwendung unabhängiger Labore reduziert die Voreingenommenheit in den Testabläufen erheblich. Darüber hinaus sind unabhängige Labore oft führend in der Produktprüfung und nutzen die neuesten Technologien und Testmethoden, um die tatsächliche Leistung zu berechnen. Einige Hersteller gehen sogar noch weiter und zertifizieren ihre Produkte.

Zertifizierungen fügen zusätzliche Bewertungsstufen hinzu, wie z. B. Werksaudits und Softwareüberprüfungen. Produkte werden außerdem einem Überwachungsprozess unterzogen, um sicherzustellen, dass sie weiterhin den angegebenen Daten entsprechen. Zertifizierungen bieten einen umfassenden und strengen Bewertungsprozess. Das Eurovent Certified Performance-Programm für Wärmetauscher testet beispielsweise die Produktleistung in neun definierten Regionen, sodass Entscheidungsträger sich sicher sein können, dass die Leistung unter den erforderlichen Klimabedingungen stimmt.

Die Zertifizierung beseitigt auch den direkten Kontakt zwischen Hersteller und Labor, was eine echte Unparteilichkeit bietet. Daher wird die Zertifizierung oft als Indikator für leistungsstarke Produkte verwendet, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass jeder auf zertifizierte Daten zugreifen kann, um Produkte fair auszuwählen und zu vergleichen.

Neben der Wahl des Kältemittels und der Energieeffizienz muss die Kühlindustrie ganzheitliche Designstrategien verfolgen. Dazu gehört die Gestaltung von Gebäuden und Infrastrukturen, die den gesamten Kühlbedarf durch passive Kühltechniken, Abwärmerückgewinnung und Wärmeverwertung reduzieren. Intelligente Netze und Technologien des Internets der Dinge (IoT) können auch die Leistung von Kühlsystemen optimieren, indem sie sicherstellen, dass sie nur dann betrieben werden, wenn sie benötigt werden, und Energieverschwendung minimieren.

Wichtig ist, dass die Anschaffungskosten nicht die einzige Priorität sein sollten. Zwar ist es richtig, dass die Investitionskosten für die Installation von CO2-Systemen höher sein können als bei HFC-Systemen, aber Entscheidungsträger müssen den Lebenszyklus des Systems betrachten. Die Energieeffizienz wird einen viel größeren Einfluss auf die Systemleistung, den CO2-Fußabdruck und die langfristigen Betriebskosten haben, was häufig bedeutet, dass ein niedrigerer Anschaffungspreis langfristig teurer sein kann.

Fazit

Die Einführung von CO2 als Kältemittel ist zweifellos ein positiver Schritt in Richtung Dekarbonisierung und bietet erhebliche Reduzierungen der direkten Emissionen dank seines niedrigen GWP und seiner natürlichen Verfügbarkeit. CO2 ist jedoch kein Allheilmittel. Systeme müssen ganzheitlich betrachtet werden, nicht nur im Hinblick auf die Anschaffungskosten. Die Energieeffizienz ist entscheidend, ebenso wie die Wahl des richtigen Kältemittels für das jeweilige Klima und die Anwendung.

Der bloße Wechsel des Kältemittels reicht nicht aus, um erhebliche Einsparungen bei den CO2-Emissionen zu erzielen; die Energieeffizienz spielt eine ebenso wichtige Rolle. Durch die Kombination dieser Maßnahmen kann die Kühlindustrie bedeutende Fortschritte bei der Reduzierung des CO2-Fußabdrucks erzielen und die globalen Dekarbonisierungsbemühungen auf nachhaltigere und langfristigere Weise unterstützen.
 

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