Kältemittel-Überwachung

Die ersten synthetischen Kältemittel kamen in den 1950er Jahren auf den Markt. Im Gegensatz zu ihren Vorgängern waren sie nicht entflammbar und ungiftig, was ihre Verwendung wesentlich populärer machte.

Am 16. Mai 1985 veröffentlichten die Wissenschaftler Joe Farman, Brian Gardiner und Jonathan Shanklin ihre Erkenntnisse über die Entdeckung des ersten Ozonlochs über der Antarktis. Etwa zur gleichen Zeit wurde man sich über das klimaschädigende Potenzial von Kältemitteln bewusst. Im Montrealer Protokoll von 1987 verpflichteten sich schliesslich alle 197 Mitgliedsstaaten der Vereinten Nationen, die Zahl der klimaschädlichen Stoffe zu reduzieren. Sie einigten sich u. a. darüber, Produktion und Verbrauch des Kältemittels FCKW innerhalb von 13 Jahren zu halbieren. Die heutigen Vorschriften gehen noch viel weiter, indem sie früher weit verbreitete Kältemittel verbieten und auf klimafreundlichere umstellen.

Vom Montrealer Protokoll zur F-Gase-Verordnung

Im Montrealer Protokoll wurde beschlossen alle ozonabbauenden Stoffe, die Chlor (Cl) oder Brom (Br) enthalten, abzuschaffen. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die damals fast überall verwendet wurden, fielen in diese Kategorie und wurden durch andere Kältemittel ersetzt. Aber auch die gefundenen Ersatzstoffe auf Basis von Fluorverbindungen erwiesen sich als problematisch. Teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW) und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) haben ein extrem hohes Treibhauspotenzial (GWP) und gelten als klimaschädlich. Im Jahr 2016 wurden diese Stoffe auf einer Konferenz in Ruanda in das Montrealer Protokoll aufgenommen. Die Reduktion von fluorierten Treibhausgasen basiert auf länderspezifischen Regelungen, zum Beispiel der F-Gase-Verordnung im europäischen Wirtschaftsraum. Neben der Reduktion von Kältemitteln mit einem GWP>1000 spielt die kontinuierliche Überwachung bzw. die häufige präventive Inspektion von Kälteanlagen eine entscheidende Rolle.

Wechselnde Vorschriften für Kältemittelanlagen

Viele bestehende Kältemittelanlagen arbeiten mit Füllmengen von weit über 3kg. Die neuen Vorschriften haben jedoch zu einer künstlichen Verknappung der Kältemittel geführt, was enorme Preissteigerungen zur Folge hat.

Aufgrund dieser Verknappung werden Neuanlagen vorzugsweise mit Füllmengen unter 3kg ausgelegt. Anders als in der Vergangenheit werden auch diese Anlagen von der neuen Verordnung betroffen sein. Neben der Empfehlung einer kontinuierlichen Überwachung werden die Zyklen für regelmässige Dichtheitskontrollen deutlich verkürzt. Mit der Einführung der ersten F-Gase-Verordnung im Jahr 2006 sollte die Reduktion von fluorierten Treibhausgasen weiter vorangetrieben werden. Die Neuauflage dieser Verordnung geht mit Verboten und Mengenbeschränkungen noch weiter. Künftig soll der Grossteil der verfügbaren Kältemittel einen GWP-Wert von weniger als 20 haben. Einige wenige HFKW-Kältemittel fallen in diese Kategorie, aber der Trend geht eindeutig zu klimafreundlicheren Kältemitteln wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Ammoniak (NH3) und Hydroflourolefine (HFO).

Herausforderung bei der Überwachung

Mit den neu regulierten Kältemitteln auf dem Markt und den verkürzten Überwachungszyklen stellt sich die Frage, welche Technologie am besten geeignet ist, um Kältemittel-Emissionen nachzuweisen und zu überwachen. Idealerweise sollte diese Technik ein breites Spektrum an nachweisbaren Substanzen abdecken und eine gute Zielgas-Selektivität ermöglichen. Die weit verbreiteten Sensoren, die auf dem elektrochemischen Prinzip basieren, erfüllen diese Anforderungen oft nur bedingt. Eines der Hauptprobleme sind die regelmässig notwendigen Kalibrationen, ohne die die Messgenauigkeit dauerhaft nicht zuverlässig ist. Die auf der Infrarot-(IR)-Spektroskopie basierenden Messprinzipien erfüllen diese Anforderungen in vollem Umfang. Nicht nur für die neuen Kältemittel, sondern auch für die Gase, die noch in der Übergangszeit oder in speziellen Anwendungen eingesetzt werden.

Vorteile der IRS von Axetris

Die Infrarotquellen von Axetris decken das gesamte Spektrum von 2µm bis 14µm ab. Die nichtdispersive IR-Spektroskopie (NDIR) und die photoakustische Spektroskopie (PAS) sind zwei Messprinzipien, die solche Quellen nutzen.

Beide Prinzipien sind in ihren Anschaffungskosten deutlich höher als herkömmliche Sensorlösungen. Demgegenüber stehen eine lange Lebensdauer von über 7 Jahren und die längeren Kalibrier- und Wartungszyklen. HFO, ein durch die neuen Vorschriften bedingtes Kältemittel, kann neben den Halbleitersensoren (MOS) nun zusätzlich auch mit der IR-Messtechnik gemessen werden. MOS als kostengünstige alternative Messtechnik hat jedoch den Nachteil der begrenzten Lebensdauer und der kurzen Kalibrierzyklen und wiegt den Anschaffungskostenvergleich nicht auf.