Natürliches Kühlen und Heizen mit CO2

Wussten Sie, dass die globale Kälteindustrie mit ihren Kälte- und Klimageräten rund 15 Prozent des weltweit produzierten Stroms verbraucht sowie etwa 8 Prozent der weltweiten Treibhausgas-Emissionen verursacht? Genau genommen handelt es sich dabei nur um jene direkten und indirekten Emissionen, die durch synthetische Kältemittel und energieaufwendige Prozesse konventioneller Technologien entstehen. Emissionen aus einer Lebenszyklusanalyse der Kältemaschinen, die auch die gesamte Ökobilanz von der Gewinnung der Rohstoffe bis hin zur Entsorgung miteinbeziehen, sind hier noch gar nicht berücksichtigt. Was in vielen Debatten über die hausgemachte Klimakrise jedoch oft untergeht ist das Faktum, dass das aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehende Molekül Kohlenstoffdioxid (CO2) mit einem Wert von 1 zu den Kältemitteln mit dem geringsten Global Warming Potential (GWP) gehört.

Vergessen und wiederentdeckt

Als Kältemittel R-744 wurde Kohlendioxid erstmals 1850 in einem Patent des US-Amerikaners Alexander Twinning erwähnt. In den folgenden Jahrzehnten kam CO2 vor allem in Schiffskältemaschinen, in Klimaanlagen und Lebensmittelbetrieben zum Einsatz. Nachdem es in den 1930er Jahren vermehrt durch Ammoniak ersetzt wurde, wurde CO2 vom norwegischen Wissenschaftler Gustav Lorentzen erst 50 Jahre später als Kältemittel wiederentdeckt – zunächst für Pkw-Klimaanlagen, danach für die Tiefkühlung im Supermarkt. Der große Vorteil des geruch- und farblosen Gases: Es ist nicht toxisch, nicht brennbar und beeinträchtigt weder die Ozonschicht noch trägt es zur globalen Erderwärmung bei. Weil CO2 als umweltfreundliche Kältemittel-Alternative nachweislich eine höhere Energieeffizienz als herkömmliche Kältemittel hat, kann es auch in einem breiteren Temperaturbereich eingesetzt werden. Das Spektrum reicht dabei von +10 Grad bis -40 Grad Celsius Verdampfungstemperatur, wovon viele gewerbliche und industrielle Anwendungen – von kleinen Supermarktkühlschränken bis hin zu großen Industrieanlagen – profitieren.

Bedarf an „grünen“ Kältemitteln wächst

Was CO2 als natürliches Kältemittel zunehmend beliebter macht, ist auch den klimaschädlichen fluorierten Treibhausgasen – FKW, HFKW, SF6 und NF3 – geschuldet, deren Einsatz durch die europäische F-Gase-Verordnung seit 2015 sukzessive verboten wird. Eine zukunftsweisende Entscheidung, denn der Bedarf an Kältemitteln steigt weiterhin rasant an: Laut aktuellen Studien sollen bis 2030 in Europa 50 Millionen Wärmepumpen verbaut und bis zum Jahr 2050 weltweit 5,5 Milliarden Klimaanlagen im Einsatz sein. Andererseits zeichnet sich CO2 ebenso durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit und seine hohe Dichte in der Gasphase aus, was zu einer guten Wärmeübertragung in Verdampfern, Kühlern und Kondensatoren führt. Kein Wunder, dass immer mehr Hersteller diesen Effekt auch zur Wärmerückgewinnung nutzen, bei der die überschüssige Wärme aus der Kühlung für die Raumbeheizung oder Warmwasser-Erzeugung verwendet wird.

Lebensmittelbereich als Best-Practice-Beispiel  

In Frankreich wurde beispielsweise von einem Lebensmittelgroßhändler eine zuverlässige und möglichst energieeffiziente CO2-Klimalösung gesucht, die in der Lage ist, 3.400 Tonnen Kartoffeln bei 4 Grad Celsius zu kühlen und zugleich die Sortieranlage zu heizen.