„Low GWP‟ HFO-Kältemittel R1234yf

Das Verwendungsverbot von R134a in Kfz-Klimaanlagen innerhalb der EU hat eine Reihe von Forschungsprojekten initiiert. Neben CO₂-Technologie (CO₂ in Kfz-Klimaanlagen) wurden inzwischen Kältemittel mit sehr geringen GWP-Werten und ähnlichen thermodynamischen Eigenschaften wie R134a entwickelt.

Anfang 2006 wurden zunächst zwei Kältemittel-Gemische unter den Bezeichnungen „Blend H‟ (Honeywell) und „DP-‍1‟ (DuPont) vorgestellt. INEOS Fluor folgte mit einer weiteren Variante unter dem Handelsnamen AC-‍1. Bei allen Kältemitteln handelte es sich im weitesten Sinne um Gemische aus verschiedenen fluorierten Molekülen.

Während der Entwicklungs- und Testphase wurde offensichtlich, dass nicht alle Akzeptanzkriterien erfüllt werden konnten. Weitere Untersuchungen mit diesen Gemischen wurden deshalb eingestellt.
DuPont (inzwischen Chemours) und Honeywell bündelten daraufhin ihre Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten in einem Joint Venture mit Fokus auf 2,3,3,3-Tetrafluorpropen (CF₃CF=CH₂). Dieses Kältemittel mit der Bezeichnung R1234yf gehört zur Gruppe der Hydro-Fluor-Olefine (HFO). Es handelt sich dabei um ungesättigte HFKW mit chemischer Doppelbindung.

Das Treibhauspotenzial ist außerordentlich gering (GWP = 4). Bei Freisetzung in die Atmosphäre erfolgt ein rascher Zerfall des Moleküls innerhalb weniger Tage mit der Folge eines sehr geringen GWP. Hieraus ergeben sich allerdings gewisse Bedenken hinsichtlich der Langzeitstabilität im Kältekreislauf unter realen Bedingungen.
Umfangreiche Tests haben jedoch gezeigt, dass die für Kfz-Klimaanlagen geforderte Stabilität erreicht wird.

Basierend auf Messungen nach ASTM 681 ist R1234yf schwach brennbar, dabei liegt die erforderliche Zündenergie wesentlich höher als z.B. bei R152a. Wegen seiner geringen Flammgeschwindigkeit und der hohen Zündenergie erfolgte eine Einstufung unter der neuen Sicherheitsgruppe „A2L‟ nach ISO 817. In umfangreichen Testreihen konnte inzwischen ermittelt werden, dass bei Kfz-Klimaanlagen die potenziell erhöhte Gefährdung durch Entflammbarkeit des Kältemittels mit entsprechenden konstruktiven Maßnahmen vermieden werden kann. Allerdings gibt es auch Untersuchungen (z.B. von Daimler), bei denen ein erhöhtes Risiko festgestellt wurde. Verschiedene Hersteller haben deshalb die Entwicklung alternativer Technologien wieder intensiviert.

Toxizitätsuntersuchungen zeigen sehr positive Ergebnisse. Gleiches gilt für Verträglichkeitstests mit den im Kältekreislauf verwendeten Kunststoff- und Elastomermaterialien. Bei Schmierstoffen zeigt sich teilweise eine erhöhte chemische Reaktivität, die jedoch durch entsprechende Formulierung und/oder Zusatz von „Stabilisatoren‟ unterdrückt werden kann.

Die bisher in Labor- und Feldversuchen gewonnenen Betriebserfahrungen geben Anlass für eine positive Bewertung, insbesondere mit Blick auf das Leistungs- und Effizienzverhalten. Kälteleistung und Leistungszahl (COP) liegen bei den üblichen Anwendungsbereichen des Kfz-Klimabetriebs innerhalb einer Bandbreite von etwa 5% im Vergleich zu R134a. Bei entsprechender Anpassung des Systems kann deshalb dieselbe Leistung und Effizienz wie mit R134a erreicht werden.

Kritische Temperatur und Drucklagen sind ebenfalls ähnlich, Dampfdichten und Massenstrom etwa 20% höher. Die Druckgastemperatur ist bei dieser Anwendung bis zu 10 K niedriger.

Mit Blick auf die relativ einfache Umstellung von Kfz-Klimaanlagen hat sich bisher diese Technologie gegenüber den im Wettbewerb stehenden CO₂-Systemen durchgesetzt.

Wie zuvor bereits erläutert, rücken jedoch auf Grund der Brennbarkeit von R1234yf weitere technische Lösungen in den Fokus. Dazu gehören aktive Löscheinrichtungen (z.B. mit Argon), aber auch die Weiterentwicklung von CO₂-Systemen.

Ausführliche Informationen zu „Low GWP“ HFOs und Gemischen: „Low GWP‟ HFOs und HFO/HFKW-Gemische als Alternativen zu HFKWs.