Der politische Dauerbrenner Klimawandel, resp. Erderwärmung geht einher mit Treibhausgasen. Fluorierte Treibhausgase – oder F-Gase – finden wir überall im Alltag. Sie sind beispielsweise Bestandteil von Kältemitteln in Kühlschränken, Wärmepumpen und Kälteanlagen. Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Kältemittel, die die Umwelt mehr oder weniger belasten. Der Einsatz wird in der Kältemittelverordnung (ChemRRV) des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) geregelt mit dem Ziel, Emissionen auf ein Minimum zu reduzieren und möglichst klimaneutrale Kältemittel zu verwenden.
Zur besseren Übersicht wurde auf europäischer Ebene der Vergleichswert GWP (Global Warming Potential) geschaffen: Er definiert, wie viel ein Kilo eines Kältemittels im Vergleich zu einem Kilo CO2 zum Treibhauseffekt beiträgt. Dazu ein paar Zahlen: Die 1995 verbotenen Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wiesen einen GWP-Wert von teilweise über 13 000 auf. Das heute nach wie vor oft verwendete R410A hat einen Wert von weniger als 2500 und liegt damit noch im Rahmen der gesetzlichen Vorgaben. Und beispielsweise R32, welches auch in Wärmepumpen immer häufiger zur Anwendung kommt, bringt es auf einen Wert von lediglich 675.
Synthetische und natürliche Kältemittel – der Unterschied
Generell wird zwischen natürlichen und synthetischen Kältemitteln unterschieden. Zu den natürlichen Kältemitteln zählt man zum Beispiel Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffdioxid, Ammoniak, Wasser und Luft – also Stoffe, die es so in der Natur gibt. Natürliche Kältemittel haben demnach auch geringe Auswirkungen auf die Umwelt.
Synthetische Kältemittel werden künstlich hergestellt. Kältemittel R134a, R404A, R407A, R407C, R410A, R417A, R422A, R422D, R437A, R507, R508A und R23 sind unter Druck verflüssigte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW). Die heute zulässigen synthetische Kältemittel bieten den Vorteil, dass sie als ungiftig, nicht brennbar und chemisch stabil gelten. Teilweise weisen sie, wie bereits erwähnt, hohe Treibhauspotentiale auf.
R410A ist ein sogenanntes Gemisch. Es besteht zu je 50 Prozent aus R32 (Difluormethan) und R125 (Pentafluorethan). Dieses Gemisch wurde als Ersatz-Kältemittel für die seit einigen Jahren verbotenen R22-Anlagen entwickelt und zeigt praktisch das gleiche thermodynamische Verhalten. R410A ist zwar nicht ozonschädlich, jedoch mit einem GWP-Wert (Global Warming Potential) von 2088 ein sogenanntes Treibhausgas.
Blick auf 2025
Zwar ist R410A aufgrund seines GWP-Wertes unterhalb von 2500 von vielen absehbaren Verboten im Rahmen der geltenden EU-F-Gase-Verordnung nicht betroffen. Jedoch sorgen das Phase-down-Szenario der Verordnung und die daraus folgende schrittweise Mengenbeschränkung der Kältemittel mit hohen GWP-Werten dafür, dass es zu einer zunehmenden Mittelverknappung kommen wird. Eine deutliche Preissteigerung ist auch bei R410A zu erwarten. Dazu kommt, dass Split-Klimageräte und Wärmepumpen mit einer Kältefüllmenge von weniger als 3 kg Kältemittelfüllmenge ab 2025 nicht mehr mit Kältemitteln befüllt werden dürfen, die GWP-Werte über 750 aufweisen. Somit darf ab diesem Zeitpunkt auch R410A in entsprechenden Geräten nicht mehr verwendet werden.
Kältemittel werden in der Schweiz durch Anhang 2.10 der Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung (ChemRRV) geregelt. Da einige führende WP-Hersteller, welche den Markt Schweiz bedienen, im EU-Raum ansässig sind und auch produzieren, haben Auflagen durch die F-Gase-Verordnung auch hier Einfluss.
Mögliche Alternativen zu R410A
Das Kältemittel R32 wird als mögliche Drop-in-Lösung für R410A diskutiert und ist beispielswiese in Asien bereits verbreitet im Einsatz. R32, aus dem R410A zur Hälfte besteht, ist zwar leicht brennbar, hat aber eine niedrige Brenngeschwindigkeit und entzündet sich nur unter bestimmten Umständen (Sicherheitsklasse „A2L“). Das Kältemittel wurde als «gering gefährlich» eingestuft. Die Vorteile liegen – neben dem deutlich niedrigeren GWP-Wert – vor allem in der geringeren Füllmenge und sehr guten Werten hinsichtlich der Kühl- und Heiz-Effizienz. Das Kältemittel R32 ist eine leistungsstarke und effiziente Alternative zu R410A.
Die Chemieriesen DuPont und Honeywell haben das Kältemittel „Solstice L-41“ mit einem etwas geringeren GWP-Wert als R32 (583) entwickelt. Es basiert auf der HFO1234yf-Technologie der Hersteller, enthält aber auch Anteile der HFKW R32 und R125. Es ist ebenfalls wie R32 in die Sicherheitsklasse „A2L“ (schwache Entflammbarkeit) eingestuft. Das Kältemittel entspricht nach Angaben des Herstellers allen Anforderungen, die derzeit durch R 410A erfüllt werden. Was die Hersteller gerne verschweigen, ist die Fragen der Umweltverträglichkeit. Beim Abbau von HFO in der Atmosphäre entsteht unter anderem Trifluoressigsäure. Aus dieser entsteht das schwer abbaubare Trifluoracetat (TFA), ein Salz, das mit Niederschlägen in Gewässer und Böden gelangt. Die Entfernung von TFA in der Trinkwasseraufbereitung gestaltet sich schwierig. Die umweltbelastende Wirkung der HFO-Kältemittel könnte mittelfristig dazu führen, dass in einer zukünftigen europäischen Verordnung auch die HFO-Kältemittel verboten werden und letztendlich nur noch natürliche Kältemittel zugelassen werden. Dieser Punkt bleibt spannend. DuPont und Honeywell werden kaum ein solch rentables Geschäft kampflos aufgeben.
Die Hersteller reagierten
Zur F-Gase-Verordnung kommt das PFAS-Beschränkungsverfahren im Rahmen der EU-Chemikalienverordnung REACH dazu. Auch das wird den Einsatz fluorhaltiger Kältemittel bei Wärmepumpen künftig erschweren oder unmöglich machen. Die Hersteller müssen also umweltfreundliche Alternativen anbieten. Bei den deutschen Herstellern liegt Propan (R290) weit vorne. Neben dem äusserst niedrigen GWP-Wert 3, lassen sich mit dem Gas hohe Vorlauftemperaturen bis 70 Grad Celsius erreichen, was ein wichtiges Argument im Renovationsmarkt sein kann. Der Nachteil: Propan ist leicht entzündbar und unterliegt speziellen Forderungen am Aufstellungsort. Diese sind im Aussenbereich weitaus geringer als in einem speziellen Maschinenraum eines Gebäudes.
Ait-Deutschland bietet zwei innovative Wärmepumpen unter der Bezeichnung "Hybrox", sowie "Helox", welche beide mit Propan funktionieren. Vaillant optimiert Wärmepumpen aus der Baureihe arotherm plus VWL mit R290. Jedes Bauteil wurde zudem schallreduziert, was ein Vorteil ist bei minimalen Gebäudeabständen.
Viessmann stellt sich ebenfalls den neuen Herausforderungen. Speziell für die Modernisierung wurden die neuen Vitocal 25x-A entwickelt. Die Wärmepumpen in Monoblock-Bauweise (kompletter Kältekreis in der Ausseneinheit) werden mit dem Kältemittel R290 betrieben und erreichen Vorlauftemperaturen von 70 °C.
Auch Bosch (Buderus) stellt klimaschonende Alternativen her. Die Luft-Wasser-Wärmepumpen "Compress 5800i AW" und "Compress 6800i AW" werden mit R290 betrieben. Bei Hoval findet man bei den Modellen Belaria Pro Comfort und Compact Maschinen mit Propan.
Stiebel Eltron wiederum sieht in modernen synthetischen Kältemitteln mit geringem GWP-Wert, wie R454C (GWP unter 150), eine mögliche Übergangslösung, um das Treibhauspotenzial zu senken.
Ob die Wahl eines auf der HFO-Technologie (Hydrofluorolefin) basierenden Kältemittels richtig ist, wird sich zeigen.
Konkurrenz aus Asien
Grosse Hersteller aus dem asiatischen Raum wie LG Electronics, Daikin oder Mitsubishi bieten seit geraumer Zeit Wärmepumpen mit R32 an. Panasonic brachte als erster japanischer Hersteller eine Luft/Wasser-Wärmepumpe für Wohngebäude mit Propan auf den europäischen Markt. Vor allem chinesische Unternehmen versuchen, ihre Exporte nach Deutschland zu steigern. Traditionell sind auch die Japaner stark in dem Markt. Gemäss Marktforschungsunternehmen Global Market Insights, kommen acht der 21 grössten Anbieter in Europa, aus Asien oder gehören asiatischen Unternehmen. Davon stammen fünf aus Japan.
Der chinesische Staatskonzern Gree ist der grösste Hersteller von Wärmepumpen in China und will auf dem europäischen Markt expandieren. Seit 2012 ist das Unternehmen bereits in Europa tätig und konnte seine Verkäufe schon steigern. Im vergangenen Jahr erzielte Gree dann einen neuen Verkaufsrekord mit 100 000 Wärmepumpen, davon 19 000 allein in Deutschland. Deutsche Hersteller können momentan der hohen Nachfrage nicht mehr gerecht werden. Gree wittert nun seine Chance und will in Deutschland expandieren. Auch Gree verwendet für seine Produkte das Kältemittel R32.
Fazit
Mit Propan gibt es ein Kältemittel, welches dank ausgezeichneten thermodynamischen Eigenschaften sehr gut für Wärmepumpen eignet. Trotz besonderen Sicherheitsanforderungen wird es immer häufiger von Herstellern verwendet. Propan wird bereits seit Jahren als Kältemittel in industriellen Kälteanlagen eingesetzt. Das Kältemittel R32 erreicht im Kühl- wie auch im Heizbetrieb beste Leistungsdaten. Im Vergleich mit bisher verwendeten Kältemitteln ist die Füllmenge geringer. R32 gehört zur Kategorie der schwer entflammbaren Kältemittel (Klasse 2L) und kann in den meisten Wärmepumpen- und Klimaanlagen-Anwendungen gefahrlos eingesetzt werden.
R32 weist einen GWP von 675 auf und dieser Wert dürfte noch weitere Jahre unter dem von der Gesetzgebung erlaubtem Grenzwert liegen. Ab 2025 dürfen gemäss EU-Richtlinien nur noch Kältemittel mit einem GWP unter 750 eingesetzt werden. R32 hat einen GWP von 675 und kann daher auch weiterhin genutzt werden.
