Natürliche Kältemittel für die Fahrzeugklimatisierung

Die über 100-jährige Geschichte der motorisierten Fortbewegung ist geprägt durch ständige Weiterentwicklungen  und Innovationen. Für den Bereich des Fahrkomforts ist die Klimatisierung der Fahrgasträume ein zentraler Punkt. Durch die steigenden Erwartungen der Kunden gehören Klimaanlagen heute schon zur Standardausstattung fast aller Fahrzeuge für den Personentransport, sowohl auf der Straße als auch auf der Schiene. In allen Kälteanlagen oder Wärmepumpen werden Kältemittel als Arbeitsmedium eingesetzt. Das Kältemittel übernimmt den Wärmetransport in der Anlage. Wie bei einem Kühlschrank nimmt es in einem Kreislaufprozess, auf der einen Seite Wärme durch Verdampfen auf und auf der anderen Seite gibt es Wärme durch Verflüssigen wieder ab. Die Wahl des Kältemittels hat hierbei einen wesentlichen Einfluss auf das Gesamtsystem der Klimaanlage oder Wärmepumpe.

Die Frage ist nur, welches Kältemittel ist das Richtige. Diese Frage ist pauschal nicht zu beantworten, denn ein ideales Kältemittel für alle Einsatzfälle gibt es nicht. Neben den Eigenschaften die seitens der kältetechnischen Anlage an das Mittel gestellt werden, wie z.B. hohe Wärmeleistung bei niedrigem Energieaufwand, gute Mischbarkeit mit Öl usw. , gibt es noch den Umweltaspekt. Synthetische Kältemittel auf Basis von Halogenkohlenwasserstoffe wurden in den 1930er Jahren auf den Markt gebracht. Mit diesen Stoffen konnten Kältemittel für fast alle Temperaturbereiche angeboten werden.  Diese Stoffe wurden als Sicherheitskältemittel bezeichnet, da sie keine direkte Giftigkeit oder Brennbarkeit aufweisen. Die Gefahr, die von diesen Kältemitteln auf die Umwelt ausgeht, da sie den Treibhauseffekt verstärken und ein Ozonabbaupotential besitzen, wurde erst in den 1980er Jahren nachgewiesen [Wikipedia].  Um die Umweltverträglichkeit der Produkte zu verbessern wurden in den zurückliegenden Jahren zahlreiche Gesetze und Verordnungen erlassen. Damit wurde der Ausstieg aus den bisher verwendeten synthetischen Kältemittel beschlossen.

Es sind verschiedene Entwicklungen zu sehen, zum einen die Weiterentwicklung der synthetischen Kältemittel und zum anderen die Suche nach alternativen Kältemitteln. Im Schienenverkehr zum Beispiel ist eine lange Lebensdauer mit hohen jährlichen Betriebsstunden gefordert, deshalb werden hier langfristig zukunftssichere Systeme gesucht. Bei einer auf Nachhaltigkeit ausgelegten Suche nach einer Lösung rücken zunehmend natürliche Kältemittel und hier speziell Propan (R 290) in den Fokus

Propan ist ein natürliches Kältemittel mit sehr guten thermodynamischen Eigenschaften. Drucklagen, Kälteleistung und Temperaturverhalten sind ähnlich wie bei dem heute größtenteils eingesetzten synthetischen Kältemittel R 134a. Erfahrungen aus bisherigen Anwendungen können weiter genutzt werden und die neuen Anlagen entsprechen auch in den Abmessungen den bisherigen Anlagen mit klassischer Technologie. Damit ist auch eine Umrüstung bestehender Anlagen denkbar. R 290 ist ein sehr effizientes und erprobtes Kältemittel und mit der geeigneten Technik auch ein sicheres Kältemittel. Das Kältemittel ist verfügbar und kostengünstig. Der Nachteil von R 290 besteht darin, dass es leicht entflammbar ist und schwerer als Luft ist und sich somit im Bodenbereich ansammeln kann.

Kälteanlagen müssen deshalb als geschlossene Systeme mit dauerhaft dichten Verbindungen ausgeführt werden. Kältemittelleitungen dürfen nur außerhalb des  Fahrgastraumes verlegt werden. Sie müssen vor Hitze, Funkenbildung usw. geschützt werden und der Bereich der Leitungen muss gut belüftet sein. Mit einer Zwangsbelüftung kann verhindert werden, dass auch bei einer Undichtheit im System eine kritische Konzentration von R 290 entstehen kann.

Kohlenwasserstoffe wie Propan sind zwar feuergefährlich, trotzdem werden Millionen von Gasheizungen in Europa sicher betrieben. Auch in Wohnmobilen werden Gasbrenner verwendet. Diese Fahrzeuge führen größere Mengen an Gas mit sich als in Fahrzeugklimaanlagen benötigt wird und bewegen sich sicher über alle Straßen dieser Welt und das schon seit Jahrzehnten.

Aus heutiger Sicht stellt R 290 als natürliches Kältemittel für die Klimatisierung von Fahrzeugen einen sinnvollen Lösungsansatz dar. Auch im Vergleich mit dem Kältemittel CO2 (R 744) weist es in der Gesamtbetrachtung Vorteile auf. R 744 hat einen Vorteil bei der Bewertung der Brennbarkeit, aber auf der anderen Seite Nachteile was den benötigten Bauraum und das Gewicht betrifft. Auch in der Energieeffizienz punktet Propan im Vergleich zu CO2. Bedingt durch die hohen Drucklagen bis 130 bar ist die Service- und Wartungsfähigkeit bei CO2 im Vergleich ebenfalls negativ zu bewerten. Auch die Komponentenverfügbarkeit und der –preis spricht  für Anlagen mit dem Kältemittel Propan.

Zusammenfassend kann gesagt werden, wenn man den Dreiklang aus Leistung, Funktion und Umwelt betrachtet, empfiehlt sich bei der Projektierung von kältetechnischen Anlagen die Verwendung von Propan als Kältemittel.