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Technik:Klimaanlagen sind Klimakiller

Kühlen das Haus, aber heizen die Erde weiter auf: Klimaanlagen in Marokko.

(Foto: Julia Hecht)
  • In vielen Kühlaggregaten stecken klimaschädliche fluorhaltige Kältemittel. Durch Risse können sie in die Atmosphäre gelangen.
  • Forscher stellen nun mit Neopentylglykol eine umweltfreundliche Alternative vor. Auch Ammoniak oder Wasser können zur Kühlung eingesetzt werden.
  • Würden fluorhaltige Gase durch natürliche Kältemittel ersetzt, könnte die Erderwärmung bis 2100 um bis zu 0,5 Grad Celsius verringert werden.

Wer bei knackiger Sommerhitze die Klimaanlage aufdreht oder sich vorm Kühlregal im Supermarkt erfrischt, der muss, um die Kälte auch genießen zu können, einen Gedanken stets verdrängen: Kühlen heizt das Klima an. Das gilt nicht nur, weil die Energie dafür noch immer vor allem aus fossilen Quellen stammt, sondern auch weil in vielen Kühlaggregaten ausgesprochen klimaschädliche fluorhaltige Kältemittel stecken. Die Gase können durch winzige Risse und Löcher in den Aggregaten, beim Befüllen oder Entsorgen in die Atmosphäre gelangen. Dort befeuern sie den Treibhauseffekt, je nach Mittel mehr als hundert bis fast 4000 Mal so stark wie Kohlendioxid.

Zwei Forscherteams, eines aus China, das andere aus Großbritannien und Spanien, präsentierten kürzlich in den Fachblättern Nature beziehungsweise Nature Communications eine feste Substanz namens Neopentylglykol als klimafreundliche Alternative. Sie besteht aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, zählt zu sogenannten plastischen, also durch Druck verformbaren, Kristallen und ist eine Industriechemikalie, die vor allem in der Farben- und Schmiermittelproduktion zum Einsatz kommt. "Als Kältemittel würde der Feststoff genauso gut funktionieren wie gängige fluorhaltige Mittel", sagt Xavier Moya von der University of Cambridge in Großbritannien. Und ähnlich wie in den üblichen Kühlsystemen würde man einen Kompressor und einen über einen Wärmetauscher gekoppelten Kühlkreislauf benötigen.

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Gängige Kühlsysteme nutzen den Effekt, dass sich zu Flüssigkeiten komprimierte Gase abkühlen, wenn sie sich plötzlich wieder ausdehnen können, wie Luft, die man aus einem Luftballon lässt. Bei den festen Neopentylglykol-Kristallen hingegen ändert sich die Temperatur mit der inneren Ordnung. Zwar sind die zentralen Kohlenstoffatome der verzweigten Teilchen in einer Gitterstruktur ähnlich fest positioniert wie die Kohlenstoffatome eines Diamantkristalls, doch die Anhängsel können praktisch frei rotieren. Drückt man das Material zusammen, nehmen auch diese Reste eine bestimmte Ordnung ein, wobei sich die Substanz erwärmt. Wird die Wärme abgeleitet und anschließend der Druck weggenommen, stellt sich der ungeordnete Zustand wieder ein. Dabei wird das Material kälter.

Auch Wasser kann kühlen - das Phänomen kennt jeder, der schon mal nass im Wind stand

Andere Forschergruppen und Start-ups setzen auf feste Kältemittel, die Eigenschaften und Temperatur ändern, wenn sie Magnet- oder elektrischen Feldern ausgesetzt werden. Auch Wasser taugt als klimafreundliches Kältemittel, etwa in sogenannten Adsorptionskältemaschinen, die über Verdunstungskälte funktionieren. Ein Phänomen, das jeder kennt, der schon einmal durchnässt im Wind gestanden ist. Statt mit strombetriebenen Kompressoren werden solche Anlagen mit Wärme betrieben.

Lange wurden Kühlgeräte mit Fluorchlorkohlenwasserstoffen betrieben (FCKW), die jedoch die Ozonschicht zerstören. In einem historischen Erfolg der internationalen Umwelt-Gesetzgebung wurden diese Stoffe 1989 mit dem Montreal-Protokoll geächtet. In der Folge wurden die FCKW jedoch oft durch die enorm klimaschädlichen HFKW ersetzt, sogenannte "teilfluorierte Kohlenwasserstoffe". Mit den Kigali-Änderungen zum Montreal-Protokoll, die seit 2016 gelten, sollen auch die HFKW bis 2047 schrittweise stark reduziert werden. Druck kommt auch von der EU: Eine Verordnung schreibt vor, den Anteil der fluorhaltigen "F-Gase" wie HFKW in Kühlsystemen von 2015 an schrittweise zu senken. Bis 2030 soll die verkaufte Menge auf etwa ein Fünftel sinken.

"Ein Problem sind die Kühlmöbel in den Supermärkten

"Es gibt viele superinteressante Ansätze, die aber leider noch weit von einem Einsatz im großen Stil entfernt sind", sagt Florian Koch von der Deutschen Umwelthilfe in Berlin. Er setzt sich in verschiedenen Projekten dafür ein, dass gängige Kompressionstechnik auf deutlich weniger klimaschädliche Gase umgestellt wird, etwa auf Isobutan oder Propan, mit denen unter anderem Campingkocher, Heizstrahler und Grills betrieben werden und in der EU seit Anfang der 2000er-Jahre auch Kühlschränke.

Kohlendioxid, mit dem schon viele Supermärkte und manche Autos gekühlt werden, und Ammoniak, ein Klassiker der industriellen Kältetechnik, sind ebenfalls klimafreundlichere Alternativen. Würde der Großteil der fluorhaltigen Gase durch solche natürlichen Kältemittel ersetzt, könnte die Erderwärmung bis 2100 um bis zu 0,5 Grad Celsius verringert werden, heißt es in einem UN-Dokument zu den Kigali-Änderungen.

"Ein Problem sind die Kühlmöbel in den Supermärkten, ein noch größeres die unzähligen Klimaanlagen von Wohnungen und Gebäuden in wärmeren Ländern", sagt Koch von der DUH. Eine internationale Norm verhindere, dass auch dort Propan zum Einsatz komme: Pro Kältekreislauf dürfen nur höchstens 150 Gramm eingesetzt werden, denn das Gas ist leicht entzündlich. Immerhin sei der Wert für Supermarktkälteanlagen gerade auf praxistaugliche 500 Gramm erhöht worden, sagt Koch. Die Abstimmung habe aber ein paar Wochen auf der Kippe gestanden. "Bisher scheiterte Erhöhung an der hartnäckigen Lobbyarbeit der chemischen Kältemittelhersteller", erklärt er. Dabei hätten Untersuchungen des TÜV Nord längst gezeigt, dass bei 500-Gramm-Anlagen selbst in pessimistischen Leckage-Szenarien keine brandkritischen Konzentrationen zu befürchten sind. Für Klimaanlagen gilt die Beschränkung auf 150 Gramm allerdings nach wie vor.

Kühlsysteme verbrauchen ein Viertel der global erzeugten Strommenge

Ob Kühlsysteme mit Feststoffen wie den plastischen Kristallen solche Diskussionen in Zukunft überflüssig machen werden, steht noch in den Sternen. Gerade arbeiten die Forscher aus Cambridge an der Wärmeleitfähigkeit des Materials und daran, dass Neopentylglykol auch nach vielen Zyklen noch zuverlässig kühlt. Außerdem wollen sie die Energieeffizienz entsprechender Systeme prüfen. Immerhin verschlingen Kühlsysteme mehr als ein Viertel des weltweit erzeugten Stroms, Tendenz steigend. In diesem Punkt lässt sich Klimafreundlichkeit allerdings auch mit einem einfachen Kniff erreichen: wenn nämlich Sonne oder Wind die Energie für den Betrieb der Anlagen liefern.

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