Klimaanlagen ohne Kältemittel: Europa arbeitet an der technischen Revolution
Europa steckt in einem Kühldilemma: 80 Prozent der Haushalte haben keine Klimaanlage - und die EU nimmt gerade die Gase vom Markt, auf denen fast alle laufen. Forscher suchen Alternativen, die ganz ohne Kältemittel auskommen.
Europa kämpft gerade mit einer technischen Zwickmühle: Das Werkzeug, das am schnellsten gegen Hitzewellen helfen würde, ist dasselbe, das das Klima weiter belastet. Nur rund 20 Prozent der europäischen Haushalte besitzen eine Klimaanlage - zum Vergleich: In den USA sind es laut der Internationalen Energieagentur IEA etwa 90 Prozent. Gleichzeitig prognostiziert die IEA, dass sich der weltweite Strombedarf für Raumkühlung bis 2050 mehr als verdreifachen könnte.
Das Kältemittel-Problem: Warum herkömmliche Klimaanlagen zur Regulierungsfalle werden
Klassische Klimaanlagen beruhen auf einem Kühlkreislauf, der seit etwa 100 Jahren unverändert funktioniert: Ein Kältemittel wechselt zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand und transportiert dabei Wärme aus dem Raum nach außen.
- Die meisten dieser Gase sind jedoch Fluorverbindungen mit einem Klimawirkungspotenzial, das tausende Male höher liegt als das von CO₂ - falls sie in die Atmosphäre entweichen.
- Die EU hat 2024 eine Verordnung beschlossen, diese Stoffe schrittweise zu verbieten. Laut Fabian Voswinkel, Energie-Effizienz-Analyst bei der IEA, werden Geräte, die auf diesen Gasen basieren, in einigen Jahren in Europa schlicht nicht mehr verkauft werden dürfen.
Als Übergangslösung stehen natürliche Kältemittel wie Propan oder Ammoniak bereit - beide mit erheblich geringerer Klimawirkung. Propan ist allerdings brennbar, Ammoniak toxisch; beides schafft eigene Sicherheitsanforderungen, insbesondere in der dichten Bebauung europäischer Städte. Das hat einen Teil der Forschungsgemeinschaft dazu veranlasst, einen anderen Weg zu gehen: Kühlsysteme zu entwickeln, die überhaupt kein Kältemittel benötigen.
Festkörperkühlung: Physik statt Chemie
Das Prinzip dieser sogenannten Festkörperkühlung beruht darauf, dass bestimmte Materialien unter äußerem Einfluss - etwa mechanischer Belastung, Magnetfeldern oder Druck - ihre Temperatur verändern. Das erzeugt einen Wärmetransport ohne jede chemische Substanz. Mehrere europäische Forschungsgruppen und Startups verfolgen unterschiedliche Wege zu diesem Ziel.
Am weitesten fortgeschritten ist laut Wired die Gruppe um Paul Motzki, Professor für intelligente Materialsysteme an der Universität des Saarlandes. Sein Team setzt auf Nickel-Titan-Legierungen, die dank elastokalorischer Effekte Räume um 5 bis 10 Grad Celsius kühlen können soll.
Weitere Ansätze in frühen Teststadien - Marktreife offen
Motzki bezeichnete das Potenzial der Technologie gegenüber Wired als möglichen "Paradigmenwechsel", weil sie sich grundlegend von allem unterscheide, was heute auf dem Markt sei. Das Konsortium kooperiert mit dem irischen Unternehmen Exergyn; erste Installationen in Neubauten sind demnach in einigen Jahren geplant. Auch andere Ideen bemühen sich um eine Lösung:
- Magnotherm entwickelt magnetokalorische Kühlsysteme: Magnetfelder erzeugen darin den Temperaturwechsel. Das Unternehmen erprobt die Technologie zunächst in Kühlregalen einer deutschen Supermarktkette und will sie danach auf Klimaanlagen übertragen.
- In Großbritannien entwickelt Barocal, ein Spin-off der Universität Cambridge, ein druckbasiertes Verfahren mit Plastikkristallen, die beim Komprimieren Wärme freisetzen.
Die Beurteilung durch außenstehende Beobachter fällt aber noch nüchtern aus. Lindsay Rasmussen vom "Klimatechnik-Accelerator" Third Derivative, der eng mit mehreren dieser Start-ups zusammenarbeitet, bezeichnete das Feld gegenüber Wired als vielversprechend, aber im großen Maßstab noch nicht erprobt.
Keiner der beschriebenen Ansätze kann Stand jetzt herkömmliche Kompressionssysteme gleichzeitig in Effizienz und Preis übertreffen. Rasmussen und Motzki sind sich immerhin in jedem Fall einig, dass das entscheidende Element nicht nur die Technologie selbst ist, sondern wer sie skaliert und wie schnell.
Voswinkel verwies indes auf Paris als Beispiel für einen möglichen anderen Weg: Die Stadt hat ihr Fernwärmenetz vor den Olympischen Sommerspielen 2024 auch auf gekühltes Flusswasser ausgedehnt und kühlt damit unterirdisch öffentliche Gebäude - ganz ohne Kältemittelgas und Einzelgeräte.
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Die Klimaanlagen sollten man eher dort verwenden wo es sinnvoll ist und die meisten Privatwohnungen gehören wahrscheinlich nicht dazu. Nervig sind auch klimatisierte Räume, bei denen man im Hochsommer einen Kälteschock bekommt, wenn man sie betritt. Mein Lidl Supermarkt gehört z.B. dazu.
Besonders toll ist auch, dass Klimaanlagen durch ihren Energiebedarf zum CO2 Ausstoss beitragen, der die globale Temperatur weiter erhöht.
https://de.wikipedia.org/...
Überschlagsrechnung: Klimaanlagen sollten so 0,1-0,4 kWh Strom pro kWh Wärme ziehen. Bei ~3 kWh Stromverbrauch pro Kopf wäre also alles, was mehr als 1-3 kWh Wärme pro Nase im Jahresschnitt (!) bewegen soll, ein echt großes energetisches Problem. Für Rechenzentren-Verdunstungskühlungen wiederum finde ich Angaben von <1 l pro kWh Wärme (ohne weitere Angabe von Quellen oder Bedingungen). Nehmen wir mal an, dass eine Raum-Klimatisierung die gleiche Effizienz erreicht, dann wären das 2-3 l Wasser pro Tag (erneut im Jahresschnitt) für das bei elektrischer Kühlung schon grenzwertige Szenario. Verglichen mit 123 l Wasserverbrauch pro Kopf und Tag erscheint das bewältigbar. Um nicht zu sagen: Der Mehrverbrauch wäre ein Tropfen auf den heißen Stein.^^
Warum Klimaanlagen das sein "sollten" und was man stattdessen "kann", ist ein ähnliches Thema wie die Qualität der Anlagen: Ich kann nur beobachten, dass sich immer jemand findet, der es macht. Könnte dir hier Stellen zeigen, wo eine gut hörbare Klimatisierung sogar das gesamte Jahr über läuft – bei 40 °C, wo eine Klima sicherlich toll ist genauso wie bei -10 °C, wo eine Wärmepumpe sinnvoll sein könnte. Aber auch bei 10 °C oder 20 °C, wo es ganz sicher nicht Not tut. Insbesondere nicht wenn eine Woche oder länger niemand zu Hause ist.
Worauf Du anspielst ist dann ein Kühlturm oder aktive Berieselung von Wärmetauscherflächen oder Wärmeabgabe an Umgebungswasser (wie Meer oder Flüsse).
Aber bevor ich mir da was zurechtspinne und man das aufnimmt, sollte man sich lieber dazu ein Video anschauen oder etwas darüber lesen.
Ein bisschen Grundlagenphysik...
ALSO, ...
Das Stichwort heisst Wärmekapazität - wieviel Wärmeenergie ein Medium aufnehmen kann. Wasser z.B. hat eine sehr gute - viel größer als Luft, und es ist leicht verfügbar (günstig). Daher wird Wasser gerne zum Wärmetransport verwendet, mit moderatem Mehraufwand gegenüber Luftkühlung direkt an Ort und Stelle.
Das weitere ist die Kompressionsfähigkeit.
Wasser ist so gut wie gar nicht komprimierbar. Gase sind es.
Die Kompression bewirkt folgendes: unter Druck tun sich die Moleküle schwerer Energie aufzunehmen/zu speichern, als entspannt.
Praktische Beispiele: Luftpumpe wird heiss/ Kompressor; Druckentlastung an der Pressluftflasche wird kalt = Entspannungsventil - diese vereisen oft ...
Bildhafte Vorstellung: Entspannt sausen die Moleküle in einem Volumen umher und wobbeln entsprechend ihrer Energie (Energie<->Temperatur. Fügt man Energie hinzu, fangen sie an schneller zu sausen und zu wobbeln, die Temperatur steigt)... Presse ich sie zusammen und verkleinere das Volumen, wird die Strecke zum Rumsausen kleiner, sie kollidieren öfter und werden zunehmend "zittriger".
Entspannt man das ganze, werden auch die Moleküle wieder "entspannter"
Komprimiert man Luft, wird diese heiß, kann nicht mehr so gut Energie speichern, da es aufgrund des Temperaturgefälles Energie an die kühlere Umgebung abgibt.
Noch cooler wird es am Phasenübergang (z.B. zwischen Flüssig zu Gasförmig).
Hier wird sehr viel Energie aufgenommen/abgegeben um z.B. von einem Aggregatzustand, wie etwa flüssig, in einen anderen, z.B. gasförmig, zu wechseln. die Moleküle müssen ihre intermolekularen Kräfte/Bindungen überwinden - bei Wasser ist das z.B. die Dipolaffinität, die viel stärker noch als die Vanderwaals-Kräfte wirkt).
Ein gutes Kältemittel ist so eines, dass sich leicht komprimieren und entspannen lässt oder gar zusätzlich seinen Phasenübergang recht Nahe am Modus Operandi hat und dabei große Mengen Energie hin und her schaufeln kann und noch dazu einfach zu handhaben bzw. ungefährlich ist.
Andere günstige Stoffeigenschaften, wie Viskosität -von der Du sprichst- sind auch hilfreich.
Das was Du beschreibst ist die Wärmetauscherfläche und der Übertrag auf das Transportmedium. Hier gleichen sich Temperaturen immer nur an.
Der Trick ist die Entspannung und Kompression, bzw. ergänzend die Verdampfung/Verflüssigung.
Worauf Du anspielst ist dann ein Kühlturm oder aktive Berieselung von Wärmetauscherflächen oder Wärmeabgabe an Umgebungswasser (wie Meer oder Flüsse).
Wird alles gemacht, je nachdem was vorhanden und günstiger ist.
Aber Verdunstungseffekte an sich kann man auf vielfache Weise nutzen. Damit ist auch nicht unbedingt eine Kontamination des Kühlkreislaufs einhergehend - worauf Torsten da auch immer anspielt.
Die Auffassung von Torsten, dass wir "noch" genügend Wasser zur Verfügung hätten, um damit im großen Stil zu Verdampfen oder Flüsse aufzuheizen, teile ich nicht.