Regulative Aspekte bei der Verwendung von R32
Zentrale Rolle bei der Entwicklung zukünftiger Kältemittel
Gesetzliche Regelungen erhöhen den Druck auf Hoch-GWP-Kältemittel wie z.B. R125 und R143a, da diese Komponenten / Kältemittel einen Großteil des CO2-gewichteten Verbrauchs an F-Gasen ausmachen. Sie müssen möglichst schnell unter Berücksichtigung existierender Sicherheitsanforderungen und Effizienzkriterien ersetzt werden. R32 spielt dabei eine zentrale Rolle als Reinstoff, aber auch als Gemischkomponente in zukünftigen Niedrig-GWP-Kältemitteln wie R407H oder R454B.
Auf der UNFCCC COP21-Klimaschutz-Konferenz in Paris im November 2015 wurde der Weg für ein Nachfolgeabkommen zum Kyoto-Protokoll verabschiedet, das auf verbindlichen Reduktionszielen der Nationalstaaten beruht. Wie wichtig dies für das weltweite Klima ist, wurde durch die Festschreibung des 2°-Ziels mit der Option auf 1,5° gezeigt.
Kurz zuvor wurde auf dem OEWG 37-Meeting in Dubai eine Einigung erzielt, die die internationale Umsetzung des Klimaschutzabkommens unter das Montreal Protokoll stellt, welches zuvor ausschließlich ozonabbauende Substanzen regelte.
Beides unterstreicht, dass Nachfolgeabkommen auf internationaler Ebene behandelt werden müssen, um Vorgaben für nationale Umsetzungspläne festzuschreiben. Auf dem OEWG 38-Meeting in Wien wurden verschiedene HFC-Phasedown-Szenarien von der EU, den USA, Indien und den Inselstaaten vorgestellt (http://ozone.unep.org/sites/ozone/files/Meeting_Documents/HFCs/HFC_Amendment_proposals_table_corr.docx).
In den USA hat das US-EPA am 20. Juli die Löschung vieler HFKWs und HFKW-Mischungen für Kälte-, Klima-, Schaum- und Aerosolanwendungen von der SNAP-Liste bekannt gegeben (https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-08/documents/snap_regulatory_factsheet_july20_2015.pdf).
Besonders zu beachten ist die Löschung von Kältemitteln mit einem GWP >1400, wie z.B. R404A, R422D oder R507 für die Umstellung existierender Anlagen (Retrofits) ab 20.07.2016 und bei der Installierung von Neuanlagen ab dem 01.01.2017. Anforderungen und Fristen für Verflüssigungssätze und Einzelanlagen sind ebenfalls festgelegt worden. Ferner wurde bereits am 29. März über die US-EPA SNAP-Liste ein Verbot von R134a in Turbos und Kaltwassersätzen zum 01.01.2024 festgelegt.
In Japan hat die Regierung ein Gesetz bezüglich der Rückgewinnung und Zerstörung von fluorierten Kohlenwasserstoffen am 12.06.2013 mit Wirksamkeit zum 01.04.2015 erlassen. Das Gesetz beinhaltet die Förderung von Anlagen und Systemen mit Niedrig-GWP-Kältemitteln, den Phase Down von fluorierten Kohlenwasserstoffen sowie Maßnahmen zur Anlagendichtheit von Gewerbekälteanlagen. Diese vier Maßnahmen gelten für den gesamten Lebenszyklus von der Herstellung bis zur Entsorgung und sind zusätzlich zu dem bereits bestehenden Gesetz zur Rückgewinnung und Zerstörung von fluorierten Kohlenwasserstoffen erlassen worden.
In Europa ist mit der F-Gas-Verordnung bereits eine Regelung in einer überarbeiteten Form (2014) seit 2008 in Kraft. In der Überarbeitung ist eine schrittweise Reduzierung vom Jahr 2015 ausgehend bis zum 2030 eingeführt worden.
Unabhängig von den verschiedenen Regionen wird über eine Analyse der Anwendungen und den verwendeten F-Gasen schnell klar, wo der größte Handlungsbedarf besteht. Gemäß dem EEA-Report (EEA, Fluorinated Greenhouse Gases 2014) werden 76 % der CO2-gewichteten F-Gase von Kälte-/ Klimaanwendungen verbraucht.
Ein Blick auf die Verbräuche innerhalb des Kälte-/Klimasektors zeigt, dass 97 % der CO2-gewichteten Verbräuche durch R125, R134a und R143a verursacht werden. R143a kann eins zu eins dem Supermarkt-Segment mit den Kältemitteln R404A / R507 zugeordnet werden. R125 findet darüber hinaus in R407-Typen und R410A Verwendung. R134a wird z.B. in Autoklimaanlagen und Kaltwassersätzen aber auch in zahlreichen kleinen Verflüssigungssätzen benutzt.
Kältemittel und deren Ersatzstrategien
Nur ein sinnvoller Ersatz dieser Kältemittel ermöglicht es, die ambitionierten Vorgaben der F-Gas-Verordnung zu erreichen. Die F-Gas-Verordnung schreibt eine 79 %-Reduzierung gegenüber dem Basisjahr 2015 für 2030 vor. Ein frühzeitiger Ersatz von Hoch-GWP-Kältemitteln ist notwendig. Dies sollte auf zweierlei Weise passieren: zum einem mit der Einführung von Kältemitteln mit niedrigerem GWP (möglichst mit gleichzeitiger Reduzierung der Füllmenge), die ausgewogene Energieeffizienz, Anlagensicherheit und wirtschaftliche Verfügbarkeit berücksichtigen; zum anderen mittels niedrig-GWP-Servicekältemitteln, die von Herstellerseite freigegeben sind.
Nähert man sich auf „molekularer Ebene“ den Kältemitteln, stellt sich heraus, dass das F-Atom, welches in den F-Gas-Kältemitteln chemische Stabilität und Nicht-Brennbarkeit garantiert, gleichzeitig für das hohe Treibhauspotential verantwortlich ist. Außer beim CO2 führt eine Reduzierung des F-Anteils und damit des Treibhauspotentials bei Kältemitteln häufig zu höheren Brennbarkeiten und schlechterer chemischer Stabilität. Gute Kompromisse bzw. maßgeschneiderte Ersatzlösungen sind daher nötig, um eine maximale Reduzierung des Treibhauspotentials verwendeter Kältemittel zu erreichen. Dies sollte unter Berücksichtigung der gesamten ökologischen und ökonomischen Auswirkung geschehen (Bitzer Refrigerant Report 18, P. 7, 09/2014).
Unter den möglichen Kandidaten sticht R32 heraus. Es besitzt Eigenschaften, die es zu einer Schlüsselkomponente zukünftiger Kältemittelstrategien macht.
R32 ist bereits seit vielen Jahren in R407-Gemischen und im R410A im Einsatz. Neuere Entwicklungen bei Klimageräten setzen es darüber hinaus seit 2012 als Reinstoff ein. Schätzungen gehen dabei von 15 Millionen Anlagen aus, die in fast 50 Ländern bereits verkauft wurden. Grund dafür sind wichtige Kältemitteleigenschaften, die R32 in sich vereinigt:
hohe Leistungszahlen, sehr gute Effizienz,
sehr gute Wärmeübertragungseigenschaften,
reduziertes GWP bei gleichzeitig chemischer Stabilität,
moderate Brennbarkeit,
wirtschaftliche Verfügbarkeit, niedrige Kosten,
bekanntes niedriges Wechselwirkungsverhalten zu Werkstoffen in Kälteanlagen,
jahrelange Erfahrung durch Verwendung als Komponente in R407 und R410A.
Diese Eigenschaften machen R32 auch als Mischungskomponente in Niedrig-GWP-Kältemittelgemischen attraktiv. Tatsächlich haben im Rahmen des AHRI AREP (Air-Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute, Alternative Refrigerant Evaluation Program) Tests seitens Kältemittelhersteller, Verwender und Testlaboratorien stattgefunden, bei deren Mehrheit der Testkandidaten R32 beinhaltet war.
Kälteanwendungen
Für den direkten Ersatz in bestehenden R404A-Anlagen hat Daikin (www.daikinchem.de) R407H (Gemisch aus R32/R125/R134a zu 32,5/15/52,5 ma.%, als R407H bei ASHRAE34 angemeldet, A1-Klassifizierung erwartet) entwickelt, dass optimale Effizienz- und Kälteleistung in typischen R404A-Anwendungen liefert. Als langfristige Alternative für dieses Anwendungssegment bietet Daikin das Gemisch R454A an. Für R134a-Anlagen bietet Daikin das R513B an, das optimale Leistungszahlen unter Beibehaltung der bestehenden Sicherheitsanforderungen liefert, bei gleichzeitiger Minimierung des GWP.
Klima-/Wärmepumpen-Anwendungen
Typische Anwendung für R32 als Reinstoff sind Klima- und Wärmepumpenanwendungen. Besonders während der letzten Jahre ist die Auswahl an Split- und Multisplitgeräten in diesem Marktsegment enorm gestiegen. Neben den sehr guten Effizienz- und Leistungszahlen sind mit dem Einsatz von R32 in diesen Geräten 30 % weniger Füllmenge gegenüber R410A nötig. Zusammen mit dem niedrigeren GWP von 675 (R32) gegenüber 2088 (R410A) kann eine 75-%ige Reduzierung der CO2-Belastung pro Anlage erreicht werden (siehe Bild 3). Daher ist R32 aus Umweltaspekten langfristig der beste Ersatz von R410A in diesen Anlagen.
Im stationären Kältebereich müssen tiefere Temperaturen erreicht werden als im Klimabereich. Bereits hier findet sich in vielen Gemischen R32 als entscheidende Komponente im Einsatz, da es als Hochdruck-Kältemittel vorteilhafte Wärmeübergangseigenschaften, eine hohe volumetrische Kälteleistung und sehr gute Leistungszahlen besitzt. Diese Vorteile ermöglichen auch den Einsatz als Reinstoff in Tieftemperatur-Kälteanwendungen, unter Beachtung bestehender Sicherheitstandards.
Sicherheitsaspekte
Wie bereits erwähnt, geht die Reduzierung des GWP zu Lasten der Nicht-Brennbarkeit und häufig auch zu Lasten der Stabilität. Die Brennbarkeit von Kältemitteln wirkt sich über Sicherheitsnormen auf die maximal erlaubte Kältemittelfüllmenge in der Anlage aus (siehe Tabelle 2).
Die verwendbare Kältemittelfüllmenge pro Anlage hängt von der Systemkategorie (z.B. direktes oder indirektes System) und dem Aufstellungsort (öffentlich, überwachte oder autorisierte Zugänglichkeit) ab. Die maximale Füllmenge ist über Sicherheitsnormen wie z.B. ISO 5149, IEC/EN60335-2-40, IEC/EN60335-2-89 oder EN378 geregelt.
Verfügbarkeit
Mit der Verbreitung von R32-Klimageräten ist R32 in allen gängigen Verpackungsgrößen in Europa verfügbar. Da R32 nach GHS/TDG als brennbar eingestuft ist, sind die Liefergebinde in einigen Ländern mit links-drehenden Anschlüssen ausgestattet. Im Werkstattbereich sind Geräte und Werkzeuge verfügbar, die für beides – R32 und R410A – freigegeben sind. Besondere Obacht ist geboten, ob Manometerbatterien, Lecksuchgeräte und Rückgewinnungsanlagen für R32 freigegeben sind.
