von Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Kauffeld
Von Schnee und Eis zur Kältetechnik
Inder, Ägypter, Griechen, Römer und viele andere sammelten früher Schnee und Eis und lagerten ihn in natürlichen Höhlen, um damit in den heißeren Monaten Lebensmittel zu konservieren. Auch in der Schweiz war dies bis ins 19. Jahrhundert hinein gängige Praxis.
Die Anfänge der mechanischen Kühlung
Die mechanische Kältetechnik wurde im 19. Jahrhundert erfunden. Frühe Pioniere wie John Gorrie, Carl von Linde, Alexander C. Twining oder Ferdinand Carré mussten für ihre Kühlsysteme natürliche Kältemittel verwenden, da es schlichtweg noch keine chemische Industrie gab, die synthetische Kältemittel bereitstellen konnte.
Die Ära der Sicherheitskältemittel
Ende der 1930er-Jahre wurden Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) entwickelt, um ungiftige und nicht brennbare sogenannte Sicherheitskältemittel bereitzustellen, damit Kühlsysteme sicher in Privathaushalten, Lebensmittelgeschäften oder anderen öffentlichen Gebäuden eingesetzt werden konnten. Obwohl sie für die lokale Umwelt unbedenklich waren, erwiesen sich FCKW als sehr gefährlich für die globale Umwelt. Sie zerstörten die Ozonschicht und trugen erheblich zur globalen Erwärmung bei, die heute auch als Klimakatastrophe bezeichnet wird. Ab 1987 setzte das Montrealer Protokoll der Verwendung von FCKW und teilhalogenierten FCKW (H-FCKW) weltweit ein Ende. Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW und FKW) wurden Ende der 1980er- und Anfang der 1990er-Jahre entwickelt, um FCKW und H-FCKW als Sicherheitskältemittel zu ersetzen. Auch sie waren lediglich für die lokale Umwelt unbedenklich, trugen aber weiterhin zur Erwärmung des Planeten bei.
Die vierte Generation und das TFA-Problem
Als HFKW und FKW aufgrund ihres Treibhauspotenzials – weltweit geregelt durch den Kigali-Zusatz zum Montrealer Protokoll und in Europa durch die EU-F-Gas-Verordnung umgesetzt – schrittweise aus dem Verkehr gezogen werden mussten, wurden sie durch eine weitere Familie synthetischer Kältemittel ersetzt – die sogenannten Hydrofluorolefine (HFO). Diese vierte Kältemittelgeneration ist zwar nach wie vor ungiftig und nur geringfügig entflammbar, stellt jedoch die größte Bedrohung für unseren Planeten dar. HFO sind bewusst so konzipiert, dass sie in der Atmosphäre schnell abgebaut werden, um ihr Treibhauspotenzial (GWP) zu minimieren.
Leider zerfallen viele von ihnen in Trifluoressigsäure (TFA), sobald sie in die Atmosphäre gelangen. TFA kontaminiert dann Böden und Gewässer, einschließlich das Grundwasser. Reines TFA ist giftig und kann selbst in wässriger Lösung die Leber sowie ungeborene Föten schädigen. Erst kürzlich wurde TFA als Reproduktionstoxin eingestuft. Leider finden wir TFA heutzutage in allen Schweizer Seen und an vielen Orten in der Schweiz im Grundwasser in höheren Konzentrationen, als derzeit für Trinkwasser als sicher gelten. Dennoch ist es in genau diesen Konzentrationen in unserem Trinkwasser enthalten, da es mit den derzeitigen Wasseraufbereitungsanlagen einfach nicht aus dem See- oder Grundwasser entfernt werden kann. Vor dem Aufkommen von HFKW, HFO und fluorierten Pestiziden enthielten weder unsere Böden noch unsere Gewässer TFA.
Natürliche Kältemittel als nachhaltige Alternative
Die sicheren Alternativen gibt es schon seit dem 19. Jahrhundert: Die natürlichen Kältemittel Ammoniak, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, Wasser und Luft sind alle umweltverträglich und schützen so die Erde davor, ihre schützende Ozonschicht zu verlieren, ihre Atmosphäre zu überhitzen und ihre knappen Trinkwasserressourcen zu zerstören.
Das IKKU und die Entwicklung nachhaltiger Lösungen
Das IKKU – Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik der HKA – Hochschule Karlsruhe – hat sich stets mit dem sicheren und energieeffizienten Einsatz natürlicher Kältemittel befasst. Für Bereiche, in denen lokale Sicherheitsbedenken bestehen, hat das IKKU energieeffizienten und sicheren Eisbrei (Flüssigeis) als sekundäres Kältemittel und als Lösung zur thermischen Energiespeicherung entwickelt. Damit hat das IKKU in den zwanzig Jahren seines Bestehens maßgeblich zur Entwicklung umweltfreundlicher Kälte-, Klima- und Wärmepumpensysteme beigetragen und ist bestrebt, den Weg hin zu nachhaltigen Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnologien noch viele Jahre fortzusetzen, um unseren Planeten zu einem besseren Ort für kommende Generationen zu machen. Unser gemeinsames EU-Projekt SophiA – Sustainable Off-grid Solutions for Pharmacies and Hospitals in Africa (nachhaltige netzunabhängige Lösungen für Apotheken und Krankenhäuser in Afrika), das von der HKA und der OST zusammen mit elf internationalen Partnern durchgeführt wird, ist mit seinen solarbetriebenen Propan-, CO₂- und Ethan-Kühlsystemen ein hervorragendes Beispiel für solche nachhaltigen, sauberen, zuverlässigen und erschwinglichen Lösungen.
Weltkältetag: Anlass zum Rückblick und Ausblick
Der Weltkältetag am 26. Juni ist eine hervorragende Gelegenheit, eine kurze Pause einzulegen, ein kaltes Getränk mit Eiswürfeln zu genießen, ein Eis zu essen und die Errungenschaften mechanischer Kühlsysteme zu würdigen. Ich persönlich bin dankbar und ein wenig stolz darauf, fast vierzig Jahre lang zur Entwicklung nachhaltiger Kälte-, Klima- und Wärmepumpensysteme mit natürlichen Kältemitteln – der ersten und letzten Familie von Kältemitteln – beigetragen zu haben.
Prof. Dr.-Ing. Michael Kauffeld war von 2009-2025 Leiter und Sprecher des IKKU – Instituts für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik an der Hochschule Karlsruhe. Seit Jahrzehnten forscht und entwickelt er auf den Gebieten nachhaltiger Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnologien mit natürlichen Kältemitteln und zählt zu den international anerkannten Experten für umweltfreundliche Kältetechnik.