Forschung & Projekte

Kältemittel CO2

Effektiver Klimaschutz mit dem Kältemittel CO2

Chemische Kältemittel: Treiber des Treibhauseffekts.
Heute noch sind chemische Kältemittel der Standard in vielen Branchen. Dabei tragen sie erheblich zum Klimawandel bei.

Gefährliche Freisetzung von Kältemitteln:

Die durchschnittliche Leckrate von R-134a bei neuen Bussen beträgt 13,3% Kältemittel pro Jahr für Reisebusse und 13,7% für Linienbusse (Schwarz, Establishment of Leakage Rates of Mobile Air Conditioners in Heavy Duty Vehicles, 2007).
Nach Veröffentlichungen der „Deutschen Umwelthilfe e.V.” emittierten aus Bussen im Jahr 2008 deutschlandweit fast 100 Tonnen Kältemittel R-134a.

Die freigesetzte Menge an Kältemittel aus Bussen entspricht 140.000 Tonnen CO2-Äquivalenten pro Jahr. Das entspricht dem jährlichen CO2-Ausstoß von 90.000 sparsamen Kleinwagen bei durchschnittlicher Fahrweise.

Der Klimawandel

Das massive Verbrennen fossiler Energieträger (Kohle, Öl, etc.) aber auch die freigesetzten Mengen an chemischen Kältemitteln z.B. macht die Erde zum Treibhaus.

Die Prognose der führenden Klimaexperten: Wenn die Industrie- und Schwellenländer ihren Treibhausgasausstoß nicht drastisch senken, könnte die Durchschnittstemperatur auf der Erde bis zum Ende des Jahrhunderts um weitere vier Grad ansteigen.

Der Klimawandel hat Auswirkungen auf sämtliche Weltregionen. Das Eis der Polkappen schmilzt ab, und der Meeresspiegel steigt. In einigen Regionen kommt es häufiger zu extremen Wetterereignissen und zunehmenden Niederschlägen, während andernorts verstärkt extreme Hitzewellen und Dürren auftreten.

Diese Auswirkungen werden sich in den kommenden Jahrzehnten voraussichtlich verschärfen.

Laut Weltklimarat haben die Ozeane seit 1970 mehr als 90 Prozent der zusätzlichen (menschengemachten) Wärme aus der Erdatmosphäre aufgenommen und sich dadurch kontinuierlich erwärmt. Sogenannte marine Hitzewellen treten häufiger und intensiver auf. Die Erwärmung des Ozeans führt zudem dazu, dass sich Wasserschichten schlechter durchmischen. Deshalb sind viele Meereslebewesen in einigen Wasserschichten oder Regionen nicht mehr mit ausreichend Sauerstoff und lebenswichtigen Nährstoffen versorgt, was bei ihnen zu einem erheblichen Stoffwechselstress führt.
Durch die vermehrte Aufnahme von CO2 sinkt der pH-Wert und die Ozeane versauern zunehmend. Vor allem kalkbildende Lebewesen oder Meerestiere in jungen Lebensstadien, sprich als Ei oder Larve, sind gefährdet.

Weltweit ist der Meeresspiegel im Laufe des 20. Jahrhunderts im Schnitt bereits um etwa 15 Zentimeter angestiegen. Bis 2100 ist damit zu rechnen, dass der Meeresspiegelanstieg bis zu 110 Zentimeter erreicht – mit dramatischen Konsequenzen für niedrigliegende

Der Klimawandel erzeugt immer extremere Wetterveränderungen.

Schwere Stürme, monsunartige Regen und langanhaltende Brände durch große Hitzewellen sind das Ergebnis des Treibhauseffektes.

Dadurch etstanden ungewöhnlich langanhaltende Waldbrände in Australien.

Durch den Klimawandel versteppen und verwüsten zahlreiche  Gebiete Afrikas und Südostasiens. Die Folgen davon sind, dass die Bewohner dieser Landstriche, die heute schon an Hunger leiden, es in Zukunft noch schwerer haben werden, auf den ausgetrockneten Böden ihre Nahrung anzubauen.

Der Klimawandel hat zudem zur Folge, dass es vermehrt zu schweren Stürmen und Überschwemmungen kommt, die ebenfalls die Ernten beeinträchtigen werden.

Flüchtlingströme drängen als Folge des Klimawandels nach Europa
Die Ärmsten der ländlichen Regionen in Afrika und Südostasien werden ihre Heimat verlassen und als Folge des Klimawandels in die reicheren Regionen dieser Welt flüchten.

Rund die Hälfte aller Tier- und Pflanzenarten in den weltweit bedeutendsten Naturregionen werden mittelfristig dem Klimawandel zum Opfer fallen. Das ist das Ergebnis einer Studie des WWF und der Universität East Anglia in Großbritannien. Sollte die menschengemachten Emissionen an Treibhausgasen wie bisher fortschreiten, würde jede zweite Art bis zum Jahr 2080 aus den untersuchten Gebieten verschwinden. Selbst wenn das Zwei-Grad-Limit eingehalten wird, also das obere Ende der Beschlüsse im Pariser Klimavertrag, fiele der Rückgang der Artenvielfalt noch erheblich aus: In diesem Fall würde noch jede vierte Spezies in den Schlüsselregionen das Zeitliche segnen. (Quellenhinweis: https://www.wwf.de/themen-projekte/klima-energie/erderwaermung-mit-folgen/)

Der Klimawandel verändert die Welt, in der wir leben, mit vielfältigen Auswirkungen auf Natur, Gesellschaft und Wirtschaft und unser tägliches Leben. Diese Auswirkungen werden als Klima (-wandel) folgen oder Klimawirkungen bezeichnet – sichtbar z. B. als tauende Gletscher, häufigere Hitzetage, ein verändertes Verhalten von Zugvögeln oder ein zeitigerer Frühlingsbeginn als noch vor rund 40 Jahren. Aktuelle Studien belegen, dass auch in Deutschland die Folgen des Klimawandels hohe Kosten für uns verursachen. Die Kosten für Sturm- und ÜberschwemmungsschädenErnteeinbußen werden unsere Bauern und letztlich wir als Verbraucher zahlen müssen. Die Investitionen für höhere Dämme gegen den ansteigenden Meeresspiegel, als Folge des von uns gemachten Klimawandels, werden wir als Steuerzahler bezahlen müssen.

https://www.umweltbundesamt.de

https://www.stern.de/panorama/wissen/natur/hitze--starkregen--ueberflutung---so-trifft-der-klimawandel-deutschland-6650738.html

Zeit zu Handeln - Klimaschutz

Seit der Weltkonferenz für Umwelt und Entwicklung in Rio 1992 herrscht internationale Einigkeit darüber, dass dem Klimawandel Einhalt geboten werden muss.

Mit der Klima- und Energiestrategie hat die EU ein Richtlinienpakt beschlossen, das u.a. die Treibhausgasemissionen reduzieren soll. Neue Bestimmungen, wie das Verbot besonders klimawirksamer Kältemittel, sollen helfen, die EU-Klimaziele zu erreichen. Europa setzt damit neue, weltweite Maßstäbe für den Abbau von CO2-Emissionen.

Die EU-F-Gase-Verordnung

Die Verwendung von teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) – den am häufigsten verwendeten F-Gasen, auf die rund 90 Prozent der F-Gas-Emissionen entfallen – soll bis 2030 gegenüber 2015 um 95 Prozent verringert und bis 2050 auf null sinken. Ab 2025 wird die von der Kommission jährlich zugeteilte HFKW-Quote 3 Euro pro Tonne CO2-Äquivalent kosten.

Der Phase-down von Kältemitteln = Schrittweise Reduzierung der Nutzung und des Verkaufs von Kältemitteln HFKWs (fluorierte Kohlenwasserstoffe), die als schädlich für die Umwelt betrachtet werden. Insbesondere solche, die zum Abbau der Ozonschicht und zur Erderwärmung beitragen, durch die Festlegung von Quoten für die Kältemittelherstellung und den Import.

 

Europäischer Green Deal - Neue CO2-Emissionsziele für schwere Nutzfahrzeuge

Die Europäische Kommission hat vorgeschlagen, ab 2030 neue CO2-Emissionsziele für schwere Nutzfahrzeuge einzuführen, um die Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor zu reduzieren. (aktuell machen diese über 25 % der Straßenverkehrsemissionen in der EU aus) Bis 2030 sollen alle neuen Stadtbusse emissionsfrei sein. PFAS (Per- und polyfluorierte Chemikalien) werden besonders betrachtet. PFAS sind besonders besorgniserregend für die Umwelt und die menschliche Gesundheit  da sie sehr beständig sind und sich in der Umwelt, in unserem Wasser und im menschlichen Körper anreichern können. (Hormon- und Immunsystemstörungen sowie Erhöhung des Krebsrisikos) Hierzu zählen auch R-1234yf und R-134a.

 

PFAS (Per-und polyfluorierte Chemikalien) werden besonders betrachtet

PFAS sind besonders besorgniserregend für die Umwelt und die menschliche Gesundheit  da sie sehr beständig sind und sich in der Umwelt, in unserem Wasser und im menschlichen Körper anreichern können. (Hormon- und Immunsystemstörungen sowie Erhöhung des Krebsrisikos) Hierzu zählen auch R-1234yf und R-134a.

Vorschlag zum PFAS-Verbot: 
Geplantes EU-weites Verbot von über 10.000 PFAS zur Verringerung der Umweltbelastung; Entscheidung nicht vor 2025 erwartet.
Geplant sind gestaffelte Übergangsfristen für die Industrie, um Alternativen zu entwickeln oder PFAS in bestimmten Anwendungen zu ersetzen.
 

Fluorierte Treibhausgase und FCKW

Während die klassischen Treibhausgase meist als unerwünschte Nebenprodukte freigesetzt werden, zum Beispiel bei der Verbrennung fossiler Rohstoffe, werden fluorierte Treibhausgase zum überwiegenden Teil gezielt produziert und eingesetzt. Sie werden heute in ähnlicher Weise verwendet wie früher Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Halogene, die für die Zerstörung der stratosphärischen Ozonschicht verantwortlich sind.

Der Beitrag, den F-Gase heute weltweit zum Treibhauseffekt leisten, liegt bei etwa 1,3 Prozent (2004). Eine Studie des Umweltbundesamtes aus dem Jahr 2010 prognostizierte bis zum Jahr 2050 einen Anstieg der F-Gas-Emissionen auf 7,9 Prozent (ohne HFKW phase down) bezogen auf die globalen direkten CO2-Emissionen.

In direktem Zusammenhang mit der steigenden Lebensqualität steigt global die installierte Kälteleistung und damit der Bedarf an Kältemitteln. Der Ausstieg aus der Verwendung von ozonschädigenden HFCKW führt zu einem massiven Anstieg der HFKW- und FKW-Emissionen. F-Gase sind äußerst langlebig, werden nur sehr langsam abgebaut und reichern sich dadurch stetig in der Atmosphäre an. Des Weiteren sind sie äußerst klimawirksam, d.h. kleine Steigerungen haben starke und langanhaltende negative Auswirkungen. Eine Substituierung der F-Gase durch natürliche Stoffe ist in vielen Bereichen technisch möglich geworden, sodass anspruchsvolle Ziele angestrebt werden können.

Was ist GWP (Global Warming Potential)?

Das Treibhauspotential (Global Warming Potential) ist der potentielle Beitrag eines Stoffes zur Erwärmung der bodennahen Luftschichten d.h. zum sogenannten Treibhauseffekt. Der Beitrag des Stoffes wird als GWP Wert
relativ zu dem Treibhauspotenzial des Stoffes Kohlendioxid (CO2) angegeben.
Für die Bewertung werden die Werte GWP100 - das heißt, der Beitrag eines Stoffes zum Treibhauseffekt gemittelt über einen Zeitraum von 100 Jahren - verwendet.
Je niedriger der Wert des CO2 – Äquivalents ist, um so niedriger ist die potentiell Wirkung auf die
globale Erwärmung und den damit verbundenen Umweltwirkungen. (Quelle BNB UN 1.1.1)

 

Kältemittel

 

R-744 (CO2)

R-134a

atmosphärische Verweilzeit

Jahre

120

14,6

GWP (100 Jahre)

 

1 (0)

1430

untere Explosionsgrenze

vol.%

-

-

Zündtemperatur

°C

-

750

Dampfdruck bei 60°C

bar

überkritisch

16,81

Dampfdruck bei 30°C

bar

72,02

7,7

Dampfdruck bei 0°C

bar

34,81

2,93

Verdampfungsenthalpie bei 0°C

kJ/kg

231,73

198,28

Gasdichte bei 0°C

kg/m3

97,25

14,44

volumetrische Kälteleistung bei 0°C

 

7,87

1

Die Auswirkungen des Klimawandels auf den menschlichen Körper

Der Klimawandel und seine Folgen haben nicht nur Auswirkungen auf die Natur und die Tierwelt. Wie sieht es mit unserer Gesundheit aus? Welche Folgen hat der Klimawandel jetzt schon für jeden einzelnen?

Hohe Temperaturen und auch große Temperaturschwankungen stellen ein erhöhtes Herzinfarktrisiko da. Besonders betroffen sind älter Menschen oder Menschen mit Vorerkrankungen. Aber auch Personen mit niedrigem Blutdruck leider besonders unter Hitzeperioden etwa durch Müdigkeit, Schwindel oder Kopfschmerzen. 

Lungenerkrankungen werden durch Hitzeperioden, Luftverschmutzung sowie hohe Ozonbelastungen begünstigt. Hinzu kommt, dass die Allergieperioden durch die Hitze und den ausbleibenden Regen intensiver und länger werden. 

Mehr und intensivere Sonnenzeiten erhöhen das Hautkrebsrisiko. Aus einer Antwort der Bundesregierung geht hervor, dass seit Jahrzehnten die Zahl der jährlichen Sonnenstunden und die damit verbundene Belastung durch UV-Strahlung kontinuierlich steigt.

Außerdem  wirkt sich die Erhöhung der Körpertemperatur negativ auf unsere Durchblutung aus. Viel Sonne und hohe Temperaturen erhöhen somit das Risiko eines Schlaganfalls.

Die Folgen: Diese marktgängigen Kältemittel werden gerade sehr teuer und werden zukünftig nicht mehr zur Verfügung stehen.

CO2 als Kältemittel (R744)

Die Klimafreundliche Alternative

Das natürliche Kältemittel CO2, auch als R744 bezeichnet, ist die klimaschonende Alternative zu heutzutage üblichen chemischen Kältemitteln. Es ist umweltfreundlich, verfügt über eine hohe Kälteleistung, ist nicht brennbar und bildet keine Zerfallsprodukte. Darüber hinaus ist es kostengünstig und dauerhaft verfügbar.

CO2 ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und hat ein Treibhauspotential von lediglich Faktor 1 - chemische Kältemittel liegen um ein 1000-faches höher (R134a GWP 1340) oder sie sind brennbar und die Zerfallsprodukte sind gefährlich für die Umwelt.

CO2 kann nicht nur in Klimaanlagen, sondern auch zum Betrieb von Wärmepumpen eingesetzt werden. Diese können sowohl effizient kühlen, als auch heizen.

Wirtschaftliche Vorteile

  • 120 % Effizienz durch höheren Wirkungsgrad = geringerer Energieverbrauch
  • Kosten pro kg Kältemittel um 90 % geringer und längerfristige Verfügbarkeit
  • geringere Servicekosten / Servicezeiten - kein Recycling nötig
  • weniger Bauteile sowie einfache und ungefährlichere Handhabung
  • keine gesetzlichen Beschränkungen oder Limitierungen ("kein Phase Down")

Umweltvorteile

  • nachhaltiges und erlaubtes Kältemittel
  • nicht brennbar (R744=Feuerlöschmittel), nicht toxisch
  • keine Treibhauseffekte
  • keine giftigen Abbauprodukte oder Zerfallsprodukte
  • keine fossilen Brennstoffe notwendig

Förderungen und Zuschüsse auf klimafreundliche Kältemittel:

  • Deutschland
  • Belgien
  • Großbritannien
  • Niederlande
  • Österreich
  • Schweiz

In Deutschland:

Seit Januar 2019 gibt es ein Förderprogramm für CO2 Busklimaanlagen für elektrische Busse. So gibt es Förderbeträge zwischen 4.500 Euro für einen elektrischen Solobus bis zu 6.500 Euro für einen elektrischen Gelenkbus.

Kohlendioxid (R-744) – die „sichere“ Alternative (Messergebnis BG Verkehr)

Kohlendioxid (R-744) ist weder giftig noch brennbar (Sicherheitsdatenblatt). Eine Messung der BG Verkehr hat die Unbedenklichkeit zum Einsatz von R-744 in Bussen bestätigt (Messbericht Nr. mg 11 1031). Für R-744 liegt die maximale Arbeitsplatz-Konzentration (MAK) bei einem Wert von 5000 ppm. Dieser Wert wurde in den Tests nicht überschritten. Ein mit Kohlendioxid betriebenes Klimasystem eignet sich wegen der hohen Drucklage auch für die Umkehr des Kühlprozesses. Die Klimaanlage kann somit als Wärmepumpe für die Busbeheizung genutzt werden. Eine Wärmepumpe mit R-134a dagegen würde bei Temperaturen unter 0°C wegen zu niedriger Drücke keine ausreichende Leistung haben.

Erfahrungsberichte von ÖPNV-Betrieben

Als eine der ersten Verkehrsgesellschaften stellten sich schon 2008 die Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) für einen Langzeittest dieser Technologie zur Verfügung. Hierfür wurde ein serienmäßiger Stadtbus mit einer COKlimaanlage ausgerüstet.
Dieser Bus hat bis heute über 500.000 km absolviert. Nach den positiven Erfahrungen mit dem ersten Bus, sind seit Mai 2010 weitere 6 Stadtbusse mit dieser Technologie im täglichen Betrieb der BVG. Burkhard Eberwein, Fahrzeugmanagement bei der BVG und Mitglied im Fachausschuss des VDV, äußert sich überzeugt von der neuartigen Klimatisierungstechnologie und spricht von einem Konzept der Zukunft.

Zufriedenheit bei der BVG: Bis Ende 2020 wurden 122 Busse an das Verkehrsunternehmen ausgeliefert und es folgen noch weitere.

Der Werkstattleiter der Niederrheinischen Verkehrsbetriebe (NIAG) Raimund Loogen bringt es auf den Punkt: „Das Kältemittel R744 lohnt sich nicht nur für die Umwelt. Die Kosten für das Kältemittel und auch für die Wartung sind deutlich günstiger, da das Kältemittel einfach entlassen werden kann und auch kein Filtertrockner mehr nötig ist. Des Weiteren ist es einfach und ungefährlich in der Handhabung. Wir, d. h. der ÖPNV, stehen im Mittelpunkt der Öffentlichkeit und sind Aushängeschild der Region. Aus dieser Verantwortung heraus haben wir uns schon vor fünf Jahren für die ersten Busse mit einer R744 betriebenen Klimaanlage entschieden. Wir sind sehr stolz auf diese R744-Busse. Sie laufen problemlos und verursachen tatsächlich nur etwa ein Fünftel der Wartungskosten im Vergleich zu einem Fahrzeug mit einer herkömmlichen R134a-Anlage.“

EmCO2s – Klimatisierung nachhaltig und effizient

Wirtschaftlich und effizient Heizen und Klimatisieren, mit Wärmepumpenfunktion und alternativem Kältemittel CO2 – EmCO2s ist das emissionsfreie Heiz- und Klimasystem für den e-Bus.

60 Jahre Innovation: Für die Umwelt von Morgen

Konvekta steht für Umweltschutz und Nachhaltigkeit. Daher gehen wir als weltweit agierender deutscher Hersteller seit über 20 Jahren eigene Wege bei der Entwicklung von effizienter und klimaschonender Kühl- und Heiztechnik.

Mit natürlichem CO2 als Kältemittel leisten wir einen großen Beitrag für den aktiven Klimaschutz. Unsere Technologien »Made in Germany« kommen in der Fahrzeugbranche zum Einsatz.

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