HFKW-Emissionen aus Kälte- und Klimaanlagen bis 2010

HFKW-Emissionen aus Kälte- und Klimaanlagen bis 2010

 

Auszugsweise wird über die Ergebnisse der im Oktober 1999 im Auftrag des Umweltbundesamtes durchgeführten Studie "Emissionen und Minderungspotential von HFKW, FKW und SF6 in Deutschland" berichtet. Als wesentliche emissionsreduzierende Maßnahme wird für Kälte- und stationäre Klimaanlagen eine allgemeine Wartungspflicht empfohlen.

Dr. Winfried Schwarz Öko-Recherche, Frankfurt/Main

 

Chlorfreie fluorierte Gase werden bis zum Jahr 2010 etwa 3% der deutschen treibhauswirksamen Emissionen bzw. rd. 27 Mio. t CO2-Äquivalente ausmachen, wenn der laufende Trend unverändert anhält (sog. Business-as-Usual-Szenario - BaU). HFKW-Emissionen sind daran mit rund 20 Mio. t CO2-Äquivalenten beteilt, von denen 12,5 Mio. t aus Kälte- und Klimaanlagen stammen (s. Bild 1). Das sind im Jahre 2010 knapp 1,5 % des deutschen Gesamtbeitrags zur Erderwärmung, und Kälte- und Klimaanlagen sind die größte Emittentengruppe fluorierter Treibhausgase. 1,5 % scheinen nicht viel. Es ist aber daran zu erinnern, daß sich die treibhauswirksamen Gesamtemissionen aus einer Vielzahl von für sich genommen meist kleinen Einzelquellen speisen, die alle auf Minderungspotentiale zu überprüfen sind, um das deutsche Klimaschutzziel bis 2010 von 21% weniger als 1990/1995 zu erreichen.

Nachfolgend werden erst die Kälte- und die stationären Klimaanlagen behandelt und dann separat mobile Klimaanlagen. Für beide Bereiche werden erstens die Verbrauchs- und Emissionswerte 1995-1997 und zweitens die Emissionsprognosen für 2010 unter Fortschreibung des aktuellen Trends (BaU) präsentiert; drittens werden niedrigere Emissionen für 2010 durch aktive Minderungspolitik (Minderungsszenario) abgeschätzt.

Kälte- und stationäre Klimaanlagen

 Kälte- und stationäre Klimatechnik sind sowohl stationäre und mobile Kälteaggregate für Waren und Prozesse als auch ortsfeste Klimaanlagen für Gebäude. Der dort angehäufte gegenwärtige inländische Gesamtbestand halogenierter Kältemittel (FCKW, HFCKW, HFKW) wird auf 30 000 t geschätzt. Er läßt sich in acht Sektoren gliedern, die nach ihrem Prozentanteil halogenierter Kältemittel wiedergegeben werden:

1. Gewerbekälte (ca. 40%).
2. Mittelgroße Industriekälte mit Kolbenverdichteranlagen (20%).
3. Kleinkühlgeräte unter 1 kg Füllmenge in Industrie und Gewerbe (20%).
4. Große Industriekälte und große Klimaanlagen (6-7%).
5. Raumklimageräte bis 2 kg Kältemittel (5%).
6. Mittelgroße Klimaanlagen mit Kolbenverdichtern (3-4%).
7. Transportkälte (2-3%).
8. Haus-Wärmepumpen bis 2 kg Füllmenge (ca. 1%).

Inlands-Neuverbrauch und Emissionen 1995 - 1997

Der jährliche Neuverbrauch von HFKW-Kältemitteln im Inland hat sich von 1995 bis 1997 von 1144 t auf 2418 t verdoppelt [1].

Die wichtigsten reinen HFKW-Kältemittel sind R134a und die Gemische R404A bzw. R507, die hier als einheitliches Kältemittel gelten. Der Anteil von R134a und R404A/R507 an den jährlichen Neuverbräuchen beträgt zusammen über 90%. Der Rest entfällt zu geringem Teil auf die Kältemittel R23, R407C und R410A und zu größerem Teil auf solche HFKW, die nur Komponenten in R22-basierten Drop-In-Kältemitteln sind (Tab. 1).

Tab. 1 Inl. Verbrauch und lfd. Emissionen von HFKW-Kältemitteln aus Kälte- und stationären Klimaanlagen 1995-1997 in t und Mio. t CO2-Äquiv.

Bei den beiden Hauptkältemitteln weist das Verbrauchswachstum von R404A/R507 seit 1997 eine stärkere Dynamik als R134a auf (s. Tab. 1). Einer der Gründe dafür war der nahende Verbotstermin für R22 (1.1.2000), der Käufern von Neuanlagen, die R22-Anlagen ersetzen, die chlorfreien HFKW-Mischungen nahelegte.

Obwohl auch R407C und R410A Ersatzstoffe für das auslaufende R22 sind - vor allem im Klimabereich -, ist ihr Verbrauch noch gering. Dies hängt mit dem Weltmarkt für Klimaanlagen und -geräte zusammen, der von nordamerikanischen und fernöstlichen Unternehmen bestimmt wird. Der europäische Markt beträgt bei Klimaanlagen nur 6% des Weltmarkts, und im Unterschied zu Deutschland ist in den großen Absatzländern R22 noch lange erlaubt.

Werden auf die acht Kältemittelbestände der Jahre 1995 bis 1997, die aus den angehäuften Verbräuchen der Jahre 1993 bis 1997 resultieren, jeweils spezifische Emissionsraten (s. folg. Abschn.) angelegt, zeigen sich die Schätzwerte für die laufenden HFKW-Emissionen lt. Tab. 1. In der Summe sind sie von 126 t (1995) über 289 t (1996) auf 510 t im Jahre 1997 angestiegen (vgl. Bild 2). Neuverbräuche und Emissionen bestehen zu fast 90% aus R134a und R404A/R507, die wiederum beide etwa gleich groß sind. Der Beitrag zum Treibhauseffekt in CO2-Äquivalenten aus allen acht Sektoren stieg von 1995 bis 1997 von 0,28 auf 1,18 Mio. t an (der Schätzwert für 1998 beträgt 1,73 Mio. t CO2-Äquivalente).

Bild 2: HFKW-Emissionen aus Kälte- und stationären Klimaanlagen 1993-1998 in t und Mio. t CO2-Äquivalente. Die HFKW-Emissionen (linke Achse) stiegen von 1995 bis 1997 von 126 auf 510 t. Die Emissionen in CO2-Äquiv. (rechte Achse) stiegen entsprechend von 0,28 auf 1,18 Mio. t an (Linie). Der Schätzwert für 1998: 746 t (1,73 Mio. t CO2-Äquiv.)

Größter Einzelemittent ist die Gewerbekälte, von der 1997 ca. 77% der HFKW-Emissionen ausgingen. An zweiter Stelle folgt die Transportkälte mit 5% der Gesamtemissionen. Beide sind Sektoren mit hohen Emissionsraten (20 bzw. 15%).

BaU-Emissionsprognose 2010

Für prognostische Abschätzungen der HFKW-Emissionen aus den Sektoren der Kälte- und stationären Klimaanlagen sind gewisse Eckdaten erforderlich:

• Umfang der sektoralen Kältemittel-Bestände nach völligem FCKW-/HFCKW-Ersatz.
• Zusammensetzung dieser Bestände nach verschiedenen HFKW-Kältemitteln.
• Sektorspezifische jährliche Emissionsraten für den laufenden Betrieb.
• Rate der Kältemittel-Rückgewinnung bei der Entsorgung.
• Mittlere Anlagenlebensdauer (wegen des Zeitpunkts erster Entsorgungsemissionen).

Bis auf die Rückgewinnungsrate, für die generell ein vom IPCC [2] 1999 vorgeschlagener Standardwert von 70% der ursprünglichen Kältemittelfüllung unterstellt wird, sind alle dem Emissionsmodell 2010 zugrundeliegenden Bestimmungsfaktoren (Eckdaten) in Tab. 2 wiedergegeben. Diese Transparenz des Zahlenwerks soll die Prognosedaten nachvollziehbar machen. Zugleich wird der KI-Leser aufgefordert, sich an der weiteren Präzisierung der Eckdaten zu beteiligen.

Tab. 2 Eckdaten zur Bestimmung der HFKW-Emissionen aus Kühlanlagen und stationären Klimaanlagen 1997 und 2010

Tab. 3 gibt für einzelne Stichjahre und Bild 3 für den gesamten Zeitraum 1995-2010 die HFKW-Emissionen wieder, die sich ohne revolutionäre Verbesserungen der Anlagendichtheit und ohne staatliche Regulierung ergeben. Dieses Szenario basiert auf den Eckdaten von Tab. 2, d.h. auf spezifischen, aber konstanten Emissionsraten.

Tab. 3 Emissionen von HFKW-Kältemitteln aus Kälte- und stationären Klimaanlagen 1995-2010 nach BaU-Szenario

Bild 3 Lfd. und Entsorgungs-Emissionen von HFKW aus Kälte- und stationären Klimaanlagen 1995-2010 in t (BaU-Szenario). Die lfd. Betriebsemissionen steigen bis 2005 kontinuierlich auf über 2200 t an. Danach verlangsamt sich ihr Wachstum bis 2010, weil emissionsstarke Anwendungen wie die Gewerbekälte ihren Endbestand bereits erreicht haben und der Bestand vor allem durch R407C- und R410A-gefüllte Klimaanlagen wächst, die niedrigere Emissionsraten aufweisen. Die Entsorgungs-Emissionen (obere Fläche) nehmen erst nach 2005 stärker zu, wenn die ersten Neuanlagen außer Betrieb genommen werden

Bis zum Jahr 2010 dauert der HFCKW-Ersatz an. Dann bestehen die acht Kältemittelbestände, die zusammen 30 000 t umfassen, auschließlich aus HFKW. Die laufenden Betriebs-Emissionen (Anlagenundichtheiten, Wartungsverluste) liegen dann bei 2606 t, was einer durchschnittlichen Emissionsrate von 8,7% pro Jahr entspricht. Hinzu kommen Entsorgungsemissionen (Rückgewinnungsverluste bei der Verschrottung) in Höhe von 574 t, die nach 2010 zehn Jahre lang weiter ansteigen werden. Beide zusammen bilden die 2010er Gesamtemissionen von 3180 t. Werden diese auf den Kältemittelbestand von 30 000 t bezogen, beträgt die Rate 10,6%.

 Der in CO2-Äquivalenten ausgedrückte Beitrag zum Treibhauseffekt steigt von 1995 bis 2010 von 0,28 Mio. t auf 7,66 Mio. t an (Tab. 3). (Daraus errechnet sich ein mittleres GWP der emittierten Kältemittel von knapp unter 2400.)

Relative Emissionsminderung bis 2010 - allgemeine Wartungspflicht

Als Kältemittel-Substitute mit nur geringem Treibhauspotential werden vor allem Kohlenwasserstoffe (KW) und Ammoniak (NH3) diskutiert. NH3 wird in der Industriekälte seine Rolle ausbauen, doch das ist im BaU-Szenario schon berücksichtigt. KW bewähren sich bei kleinen hermetischen Verdichtern - in Haushaltsgeräten, Wärmepumpen, Raumklimageräten.

Eine umfassende Ausweitung der KW in den großen Sektoren Gewerbe- und Industriekälte und Gebäudeklima wird aus heutiger Sicht bis 2010 nicht erwartet. Der für indirekte Systeme erforderliche höhere Energiebedarf ist bislang nicht nur teurer, sondern trägt - zumindest in Deutschland, wo Strom vorwiegend aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird - auch durch mehr CO2 insgesamt stärker zum Treibhauseffekt bei als Direktsysteme (TEWI-Konzept). Dies sind Erfahrungen von Betreibern indirekt kühlender KW-Supermarktanlagen.

Unter der Voraussetzung mangelnder stofflicher Alternativen zu HFKW-Kältemitteln (Substitution) kommt der Minderung der HFKW-Emissionen erhöhte Bedeutung zu.

Praktische Erfahrungen zum Einfluß gesetzlicher Regelungen auf Kältemittel-Emissionen aus stationären Kälteanlagen liegen aus den Niederlanden vor. Dort erließ der Staat 1994 Vorschriften zur Leckdichtheit, die sich ausdrücklich auf alle halogenierten Kältemittel, nicht nur chlorhaltige, beziehen. Diese in Anlehnung an den EU-Entwurf prEN 378 entwickelte Regelung, die vor allem Anlagen > 3 kg Kältemittel betrifft (aber auch kleinere, wenn die Kälteleistung 500 Watt übersteigt), umfaßt außer technischen Vorschriften für Bau und Installation eine regelmäßige Inspektion und Wartung durch Betreiber und Sachkundige. Beides erfolgt unter Aufsicht einer unabhängigen Stiftung.

Erste Auswertungen zeigen: Die niederländischen Kältemittelemissionen sind seit 1994 bei Anlagen, die unter die neue Regelung fallen, deutlich zurückgegangen. So haben sich die Jahresverluste bei 75 Supermärkten von 15% auf 3% vermindert [3]. Van Gerwen [4] und Graal [5] erklären die Reduktion je zur Hälfte durch neue Bauanforderungen bzw. durch regelmäßige Wartung durch Sachkundige.

Eine vergleichbare gesetzliche Verordnung zur Wartung von Kälteanlagen, die der VDKF seit 1996 fordert und welche die neue EU-Verordnung zumindest für Anlagen mit chlorhaltigen Kältemitteln vorsieht, ist in Deutschland ebenfalls machbar. Sie ist keine Maßnahme gegen die Verwendung von HFKW, sondern setzt diese voraus. Sie könnte binnen weniger Jahre die Emissionen aus den betreuten Kälteanlagen wenn nicht auf 25% senken, so doch halbieren.

Für die relative Emissionsminderung (Minderungsszenario) wird modellhaft unterstellt, daß ab 2003 in Deutschland eine Wartungspflicht für alle kälte- und klimatechnischen Anlagen eingeführt wird. Ausgenommen sind - in Anlehnung an die Bagatellgrenze für den R12-Ersatz in Altanlagen - steckerfertige Geräte, falls das Kältemittel im geschlossenen Kreislauf geführt wird, und alle Anlagen unter 1 kg Kältemittel. Damit betrifft die Regelung 75 Prozent des gesamten Kältemittelbestandes in Kälte- und stationären Klimaanlagen. Aus der Wartungsplicht heraus fallen nur die Kleingeräte in Industrie und Gewerbe (6000 t Bestand in 2010), die meisten Raumklimageräte (1500 t Bestand in 2010) und die meisten Hauswärmepumpen (250 t Bestand in 2010).

Als Effekt wird unterstellt, daß sowohl die Emissionen aus dem laufenden Betrieb als auch die Rückgewinnungsverluste bei den gewarteten Anlagen schrittweise sinken und spätestens nach fünf Jahren um die Hälfte niedriger sind als im BaU-Szenario. Es ergeben sich dann die Werte von Tab. 4 bzw. Bild 4:

Tab. 4 Emissionen von HFKW-Kältemitteln aus Kühl- und stationären Klimaanlagen 1995-2010 nach Minderungsszenario

Nach Einführung der Wartungspflicht (2003) betragen im Jahr 2010 die laufenden Emissionen gegenüber dem BaU-Szenario statt 2606 nur noch 1367 t (52%) und die Entsorgungsverluste statt 574 nur noch 355 t (62%). Die Gesamtemissionen sind nicht 3180, sondern nur noch 1721 t (54%). Die Emissionsrate (Gesamtemissionen) beträgt, bezogen auf den Kältemittel-Gesamtbestand von 30 000 t, rd. 5,7%. Das ist gegenüber den 10,6% zwar keine Halbierung, da 25% des Kältemittelbestands von der Wartungspflicht ausgenommen sind, aber eine Senkung um 45%.

Bild 4 Lfd. und Entsorgungs-Emissionen von HFKW aus Kälte- und stationären Klimaanlagen 1995-2010 in t - Minderungs- und BaU-Szenario. Statt wie im BaU-Szenario (alle Flächen zusammen) steigen die Emissionen nach 2003 nicht mehr. Die Summe aus laufenden und Entsorgungs-Emissionen bleibt bis 2010 relativ konstant

Der Beitrag zum Treibhauseffekt sinkt um 3,55 Mio. t CO2-Äquivalente: von 7,66 Mio. auf 4,11 Mio. t. Die Verlaufskurven für die zwei Szenarien sind im Bild 5 dargestellt.

Bild 5 HFKW-Emissionen aus Kälte- und stationären Klimaanlagen in Mio. t CO2-Äquivalente (BaU- und Minderungsszenario). Ab 2003 steigt der Beitrag zum Treibhauseffekt im Minderungsszenario nicht mehr weiter an - wie das im BaU-Szenario der Fall ist

Mobile Klimaanlagen

Mobile Klimaanlagen sind in Fahrzeugen eingebaut: in Personenkraftwagen (Pkw), Nutzfahrzeugen (Nfz), Bussen, Schienenfahrzeugen und auf Schiffen. Das HFKW-Kältemittel in neuen mobilen Klimaanlagen ist fast 100%-ig R134a. Nur neue Schiffsklimaanlagen werden in Deutschland zur Hälfte mit R404A/R507 befüllt - jährlich 1,5 t. Bei Kältemittel-Bestand, -Verbrauch und -Emissionen dominieren die Pkw-Anlagen mit jeweils 95% Anteil. Nach der BaU-Prognose werden im Jahr 2010 über 29 500 t HFKW in Mobilklimaanlagen enthalten sein, davon 28 000 t in Pkw-Klimaanlagen, fast so viel wie in Kälte- und stationären Klimaanlagen (30 000 t HFKW).

Inlands-Neuverbrauch und Emissionen 1995 - 1997

Die Umstellung von R12 auf R134a währte bei werkseitig klimatisierten neuen Pkw für den inländischen Markt von April 1992 bis Oktober 1993. Das betrifft Pkw aus in- und ausländischer Produktion genauso wie Nfz, Busse und Eisenbahnwaggons. Altfahrzeuge mit R12-Anlagen werden bis 2010 aus dem Bestand ausgeschieden sein.

Klimaanlagen für Straßenfahrzeuge (Pkw, Nfz, Busse) sind nicht hermetisch geschlossen: Die Verdichter werden vom Fahrzeugmotor angetrieben, dessen Vibrationen sie ausgesetzt sind. Das Kältemittel strömt durch flexible Leitungen (Schläuche). Im Zuge des FCKW-Ersatzes wurden die Anlagen weniger emissiv. Diffusionsdichtere Schläuche und bessere Abdichtungen verringerten die Verluste aus dem laufenden Betrieb um die Hälfte. Bei Reparatur und Wartung wird das Kältemittel nicht mehr ganz in die Atmosphäre entlassen, sondern mit ca. 10% Verlust zwischenabgesaugt und wieder eingefüllt.

 Die jährlichen Kältemittelemissionen während der Lebensdauer verringerten sich dadurch von über 30% (vor 1992) auf ca. 10% (neue Systeme). 10% pro Jahr entsprechen bei 12-jähriger Lebensdauer zwei halben Nachfüllungen zum Emissionsausgleich und zwei Mal 10% Wartungsverlust bezogen auf eine Anlagenfüllung. Generell wird hier für mobile Klimaanlagen eine jährliche Emissionsrate von 10% und dazu bei der Verschrottung ein Rückgewinnungsverlust von einmalig 30% der Füllmenge unterstellt. Wie in der gesamten Kälte-Klimatechnik gibt es auch für Emissionen aus mobilen Klimaanlagen nur Expertenschätzungen, keine unabhängigen Langzeit-Messungen.

Zu den Emissionen aus mobilen Klimaanlagen tragen Busse (ca. 10 kg Füllung), Nfz (ca. 1 kg Füllung) oder Schienenfahrzeuge (ca. 18 kg Füllung) nur etwa 5% bei. Ausschlaggebend sind die Pkw, vor allem, weil ihre Klimatisierung unvermindert steigt.

Der jährliche Neuverbrauch von R134a zur Erstbefüllung von Pkw-Klimaanlagen, die für den deutschen Markt bestimmt sind (ohne inländische Befüllungen von Export-Pkw), ist 1995-1997 von 781 auf 1862 t gewachsen (vgl. Tab. 5).

Tab. 5 Inl. Verbrauch und lfd. Emissionen von HFKW-Kältemitteln (R134a) bei Pkw-Klimaanlagen 1995-1997 in t und Mio. t CO2-Äquivalente

Die Ursache für den Anstieg ist der Aufschwung der Ausrüstungsrate (AC-Quote) der jährlichen Neuzulassungen. Sie hatte 1992, im letzten vollen Jahr mit FCKW-Kältemitteln, erst 9,4% betragen. Seitdem nahm sie steil zu, zunächst bei den inländischen, dann auch bei den ausländischen Marken. Für beide Kategorien zusammen lag die AC-Quote bis 1995 bei 24% und übertraf 1997 erstmals mit 52% die Hälfte der Neuzulassungen. Der Anstieg geht weiter: Der vorläufige Wert für 1998 beträgt 68% [6].

Der Verbrauchsanstieg verringert sich durch kleinere Füllmengen kaum. Diese lagen 1995 für inländische Marken im Durchschnitt bei 0,88 kg und für ausländische Marken bei 0,77 kg. Die Werte sind bis 1997 auf 0,86 bzw. 0,75 kg gesunken. Eine Erklärung dafür ist, daß immer mehr kleinere Pkw klimatisiert werden.

Die laufenden Emissionen stiegen von 1995 bis 1997 von 113 auf 356 t an (vgl. Tab. 5 und Bild 6, das auch den vorläufigen Wert 541 t für 1998 enthält). Entsorgungsverluste kommen noch nicht vor. Sie fallen erst nach 2002 an, bei der Verschrottung der ab 1995 umgerüsteten R12-Altanlagen. Ab 2005 werden die ersten Jahrgänge verschrottet, die R134a als Erstbefüllung erhielten.

Bild 6 HFKW-R134a-Emissionen aus Pkw-Klimaanlagen 1993-1998 in t und in Mio. t CO2-Äquivalente. Der Anstieg der Emissionen seit 1993 ist ungebrochen steil, sowohl in Tonnen (linke Achse) als auch in CO2-Äquivalenten (rechte Achse. Vorläufiger Wert für den Beitrag zum Treibhauseffekt 1998: 0,7 Mio. t

Der Beitrag zum Treibhauseffekt durch die Emissionen stieg 1995-1997 von 0,15 auf 0,46 Mio. t CO2-Äquivalente (Tab. 5 und Bild 6). Ergänzt um die Emissionen aus allen sonstigen Mobilklimaanlagen waren es 1997 0,50 Mio. t CO2-Äquivalente.

BaU-Emissionsprognose 2010 für alle Mobilklimaanlagen

Im Unterschied zu allen anderen früheren FCKW-Anwendungen kann beim Mobilklima für die Prognose des HFKW-Bestands 2010 der FCKW-Altbestand nicht als Orientierungsgröße dienen. Dafür ist er zu klein. Bereits Anfang 1996 übertraf in Pkw-Klimaanlagen die R134a-Menge den historischen Höchststand von R12 aus dem Jahr 1993 (2000 t). Sogar beim Treibhauseffekt werden die damaligen R12-Emissionen von 4,25 Mio. t CO2-Äquivalenten bis 2010 von den R134a-Emissionen übertroffen werden, obwohl R134a mit 1300 ein weit geringeres GWP als R12 (8500) hat.

 Die Prognose der R134a-Emissionen bis zum Jahr 2010 (BaU-Szenario) erfordert ein Modell mit dynamischen Annahmen. Diese sind für Pkw-Klimaanlagen folgende:

• Die jährlichen Pkw-Neuzulassungen betragen im Mittel 3,55 Mio. Stück und erhöhen den Pkw-Bestand von 40,7 Mio. (1995) bis auf 48,6 Mio. (2010) [7].
• Zwei Drittel der Neufahrzeuge stammen aus inländischer und ein Drittel stammt aus ausländischer Produktion.
• Die AC-Quote der Neuzulassungen erreicht bei inländischen Marken 90% im Jahr 2001 und bleibt danach konstant. Bei ausländischen Marken beträgt der entsprechende Plateau-Wert 80% und gilt ab 2005.
• Die Klimaanlagen-Sättigung liegt bei 75%-iger Ausstattung des gesamten inländischen Fahrzeugbestands.
• Die durchschnittliche Füllmenge neuer Klimaanlagen sinkt wie bisher jährlich um 1%: von 0,88 kg (1995) auf 0,76 kg (2010) bei inländischen und von 0,75 auf 0,66 kg bei ausländischen Marken. Die mittlere Füllmenge aller Neuklimaanlagen sinkt im fraglichen Zeitraum von 0,86 auf 0,73 kg.
• Die Lebensdauer einer neuen Klimaanlage beträgt 12 Jahre.
• Die laufende Emissionsrate beträgt konstant 10% auf den jeweiligen Bestand.
• Die Rückgewinnungverluste bei der Altautoverschrottung betragen konstant 30%.

Tab. 6 zeigt für vier Stichjahre von 1995 bis 2010 die HFKW-Emissionen, die sich unter jenen acht Modellannahmen ergeben. Nach diesem BaU-Szenario erreicht der Kältemittelbestand 2010 seinen Höchstwert mit (rechnerisch) 28 078 t. Die laufenden Emissionen liegen bei 2792 t. Die Entsorgungs-Emissionen betragen 626 t. Beide zusammen bilden die 3418 t Gesamtemissionen des Jahres 2010. Bezogen auf den Kältemittelbestand in den Autoklimaanlagen (28 022 t) beträgt deren Rate 12,2%.

Tab. 6 Emissionen von HFKW-R134a aus Pkw-Klimaanlagen 1995-2010 in t und Mio. t CO2-Äquivalente nach BaU-Szenario

Wird die Gesamtheit aller mobilen Klimaanlagen betrachtet - Pkw- und sonstige Anlagen zusammen -, so verlaufen die Emissionen von 1995 bis 2010 durchweg ca. 5% oberhalb der Emissionskurve der Pkw-Klimaanlagen allein. Obwohl auch die sonstigen Mobilklimaanlagen kräftig zunehmen, beträgt 2010 der gesamte mobile Kältemittelbestand mit 29 659 t nur 1637 t mehr als der R134a-Bestand in Pkw-Anlagen (28 022 t). Darum sind im Jahr 2010 auch die Gesamtemissionen lediglich um etwa 5% höher als diejenigen der Pkw-Klimaanlagen allein: 3611 t statt 3418 t.

Die in CO2-Äquivalenten ausgedrückten Gesamtemissionen aus Mobilklimaanlagen steigen 1995-2010 von 0,16 auf 4,69 Mio. t. Das ist im Jahr 2010 deutlich weniger als im Bereich der Kälte- und stationären Klimatechnik, nicht weil weniger (metrische) Tonnen emittieren, sondern weil das GWP von HFKW-R134a (1300) niedriger ist.

Relative Emissionsminderung bis 2010 - CO2 als Kältemittel

Als Ersatzkältemittel mit nur geringem Treibhauspotential sind vor allem KW und CO2 in der Diskussion [8]. KW werden in der mobilen Klimatisierung wenig Chancen eingeräumt. Dagegen sehen viele Experten im transkritischen CO2-System die Klimaanlagen der nächsten Generation.

Die Gesamtbewertung des Beitrags zum Treibhauseffekt (TEWI) darf die direkten Kältemittel-Emissionen nicht isolieren, sondern muß auch das CO2 vom Antriebsmotor einbeziehen. Bei Pkws ist die Treibhauswirkung der direkten Kältemittelemissionen etwa so groß wie die der Verbrennungsabgase vom Antrieb der Klimaanlage [9]. Die Energieeffizienz von R134a-Anlagen wird gegenwärtig noch von keinem anderen System der Pkw-Klimatisierung erreicht. Darum richtet sich die Optimierung von CO2-Klimaanlagen, deren direkte Kältemittelemissionen bei der Bewertung des Treibhauseffektes vernachlässigt werden können, auf ihren energetischen Wirkungsgrad. Die hohen Drücke von CO2 (im transkritischen Bereich 130-150 bar) minderten zunächst die Energieeffizienz, da sie robustere, mithin schwerere Bauteile erfordern. Durch Volumenreduzierung konnte der Nachteil ausgeglichen werden.

Das von 1994 bis 1997 gelaufene gemeinsame Forschungsprogramm europäischer Autohersteller und Klimaanlagenbauer mit dem Titel RACE (Refrigeration and Automotive Climate under Environmental Aspects) trieb die Entwicklung der CO2-Klimaanlage voran. "The RACE group assumes, that within 10 years the first series car models with a carbon dioxide system can be introduced to the market" [10].

 Als Schlüsselfrage der Markteinführung gilt außer den Kosten die weltweite Akzeptanz des neuen Systems. Zwei verschiedene Klimaanlagentechnologien sollen nicht auf Dauer nebeneinander betrieben werden.

Der Zeitpunkt der ersten Serienfahrzeuge mit CO2-Klimaanlage liegt bei planmäßigem Verlauf zwischen 2005 und 2008. Nach VW [11] und DaimlerChrysler [12] könnte 2007 das Startjahr sein. Das würde bedeuten, daß in 2010 die lfd. Emissionen von R134a erst wenig geringer sind als im BaU-Szenario, da mit einem Umstellungszeitraum für alle Modelle von mindestens zwei Jahren zu rechnen ist.

 Für Pkw gilt im Modell: Werden in Deutschland ab 2007 schrittweise CO2-Klimaanlagen eingeführt und ist 2009 der erste vollständige Jahrgang ohne R134a-Anlagen, werden Ende 2010 etwa 9 Mio. CO2-Anlagen in Betrieb sein. Statt 36 Mio. Klimaanlagen mit R134a (BaU-Szenario) gibt es 2010 nur 27 Mio. Stück. Der mobile Kältemittelbestand von R134a in Pkw-Anlagen beträgt dann nicht 28 022 t, sondern nur 21 184 t.

Die laufenden Emissionen in 2010 betragen im Minderungs-Szenario statt 2792 t nur noch 2221 t. Das sind 571 t oder 20% weniger als im BaU-Szenario. Die Entsorgungs-Emissionen unterscheiden sich in beiden Szenarien nicht, weil im fraglichen Zeitraum erst die Neuzulassungsjahrgänge der zweiten Hälfte der 90er Jahre verschrottet werden, die durchweg das Kältemittel R134a enthalten.

 Obwohl bereits im Jahr 2000 bei Bussen mit Kaltwassersätzen und in Schienenfahrzeugen mit Kaltluftanlagen klimatisiert wird, ist CO2 auch bei Nicht-Pkw-Mobilklimaanlagen (mit Ausnahme von Schiffen) mittelfristig das Ersatzkältemittel der Wahl. Das Minderungsszenario nimmt an, daß ab 2007 auch bei den sonstigen mobilen Klimaanlagen der Umstieg von R134a auf CO2 einsetzt.

Unter diesen Annahmen können sich auch hier der R134a-Bestand und die R134a-Emissionen signifikant vermindern, so daß die HFKW-Emissionen aus allen mobilen Klimaanlagen absolut stärker zurückgehen als infolge der Maßnahmen bei den Pkw-Klimaanlagen allein. Bis 2010 ist ein Emissionsrückgang bei den sonstigen Mobilklimaanlagen gegenüber dem BaU-Szenario um ca. 70 t R134a möglich. Den Emissionsverlauf zwischen 1995 und 2010 für alle Mobilklimaanlagen zeigt Bild 7 getrennt für beide Szenarien.

 Bis 2007 unterscheiden sich die Emissionen nach BaU-Szenario und Minderungs-Szenario noch nicht. Die ab 2003 einsetzenden Entsorgungs-Emissionen sind in beiden Fällen identisch. Zwischen 2007 und 2010 nehmen die lfd. Emissionen nach Minderungsszenario per Saldo nicht mehr zu und begründen gegenüber dem BaU-Szenario ein Minderungspotential (weiße Fläche), das bis 2010 auf 642 t wächst. Die Gesamtemissionen (laufende plus Entsorgungs-Emissionen) betragen im Minderungszenario nur 2969 t bzw. 642 t oder 18% weniger als nach BaU-Szenario (3611 t).

 

Bild 7 HFKW-Emissionen aus Mobilklimaanlagen in t. Vergleich BaU- und Minderungs-Szenario. Ab 2007 nehmen die lfd. Emissionen nach Minderungsszenario per Saldo nicht mehr zu und begründen gegenüber den lfd. Emissionen nach BaU-Szenario ein Minderungspotential (weiße Fläche), das bis 2010 auf 642 t wächst.

 

1. Befragung Kältemittel. Direkte Befragung der inl. Kältemittellieferanten zu Verkaufsmengen und langfristigen Perspektive chlorfreier Kältemittel für stationäre Anwendung, Befragungszeitraum 17.2. bis 16.3. 1999
2. IPCC 1999 = IPCC/OECD/IEA Programme for National Greenhouse Gas Inventories, Good Practice in Inventory Preparation for Industrial Processes and the New Gases, Draft Meeting Report Washington DC, United States, 26-28 January 1999
3. van Gerwen, René u.a.: Dutch Regulations for Reduction of Refrigerant Emissions: Experiences with a Unique Approach over the Period 1993-1998, in: ASERCOM-Symposium 1998 "Refrigeration/Air Conditioning and Regulations for Environmental Protection - a Ten Years Outlook for Europe", Nürnberg, 7 October 1998
4. van Gerwen, René, TNO Institute, Apeldoorn, persönliche Mitteilung 7.5.1999
5. Graal, Steven, STEK (Stichting Erkenningsregeling voor de uitoefening van het Koeltechnisch Installatiebedrijf = Foundation for the approval of refrigeration contractors), Utrecht, persönliche Mitt. 11.5.1999
6. Befragung Pkw-Klimaanlagen. Schriftliche Befragung zu Inlandsabsatz, Klimatisierungsgrad und Füllmengen nach Fahrzeugmodellen bei den sieben inländischen Autoherstellern und den 20 Importeuren mit über 8000 Pkw Inlandsabsatz. Befragungszeitraum 22.2. bis 30.3. 1999
7. Shell Pkw-Szenarien: Gipfel der Motorisierung in Sicht. Szenarien des Pkw-Bestands und der Neuzulassungen in Deutschland bis zum Jahr 2020, Aktuelle Wirtschaftsanalysen 9/1995, Heft 26
8. Reichelt, Johannes (Hrsg.): Fahrzeugklimatisierung mit natürlichen Kältemitteln: auf Straße und Schiene, C.F.Müller Verlag Heidelberg 1996
9. Baker, James A.: Mobile Air Conditioning: HFC-134a Emissions and Emission Reduction Strategies, in: Joint IPCC/TEAP Expert Meeting on Options for the Limitation of Emissions of HFCs and PFCs, Petten, 26-28 May 1999
10. RACE-Refrigeration and Automotive Climate under Environmental Aspects: Synthesis Report for Publication, 10/07/98
11. Volkswagen AG, Wolfsburg, pers. Mitt.7.5.1999
12. DaimlerChrysler AG, Stuttgart, pers. Mitt. 12.5.1999