Industrielle Tiefkühlung mit natürlichen Kältemitteln

Die industrielle Tiefkühlung spielt in vielen Branchen eine zentrale Rolle – von der Lebensmittelverarbeitung über die Pharmaindustrie bis hin zur Chemieproduktion. In einem sich rasch wandelnden Marktumfeld, in dem Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und gesetzliche Vorgaben immer wichtiger werden, müssen Unternehmen auf innovative Lösungensetzen. Eine dieser Lösungen ist der Einsatz natürlicher Kältemittel in industriellen Tiefkühlanlagen.

Hier wollen wir der Fragestellung nachgehen, warum natürliche Kältemittel die Zukunft der industriellen Tiefkühlung sind und welche Vorteile sie auch Ihrem Unternehmen bietenkönnen.

1. Was sind natürliche Kältemittel?

Natürliche Kältemittel sind Stoffe, die in der Natur vorkommen und sich hervorragend zur Kühlung eignen. Zu den bekanntesten natürlichen Kältemitteln gehören Ammoniak (NH₃ / R717), Kohlendioxid (CO₂ / R744) und Propan (C₃H₈ / R290). Im Gegensatz zu synthetischen Kältemitteln, die in den letzten Jahrzehnten weit verbreitet waren, sind natürliche Kältemittel umweltfreundlicher, da sie keine oder nur eine sehr geringe Auswirkung auf den Treibhauseffekt und das Ozonloch haben.

• R717 Ammoniak (NH₃) ist eines der ältesten und am weitesten verbreiteten natürlichen Kältemittel. Es zeichnet sich durch eine hohe volumetrische Kälteleistung aus und wird daher vor allem in großen industriellen Kälteanlagen eingesetzt. Für Anlagen im unteren und mittleren Leistungsbereich ist der Einsatz von Ammoniak / R717 oft unwirtschaftlich, da sich seine Vorteile hauptsächlich bei großen Kälteleistungen entfalten. Daher findet Ammoniak / R717 bei der breiten Masse kleinerer Kälteanlagen nur selten Verwendung.

  Zu den ökologischen Vorteilen gehört, dass Ammoniak / R717 weder das Ozonloch schädigt noch einen Beitrag zum Treibhauseffekt leistet. Es ist also ein umweltfreundliches Kältemittel. Allerdings bringt es auch einige signifikante Nachteile mit sich. Ammoniak / R717 ist toxisch und erfordert deshalb besondere Sicherheitsmaßnahmen im Betrieb und bei der Installation.

  Die Installationskosten sind ebenfalls höher als bei anderen Kältemitteln, da die Verrohung der Anlagen aus Stahl bestehen muss und die Rohrleitungen aufwendig verschweißt werden müssen. Diese komplexe Installation und die damit verbundenen hohen Material- und Arbeitskosten führen zudem zu erhöhten Wartungskosten über die Lebensdauer der Anlage hinweg. Auch die Tatsache, dass Ammoniak / R717 in geschlossenen Räumen eine Gefährdung darstellen kann, bedingt zusätzliche Sicherheits- und Wartungsanforderungen.

• R744 Kohlendioxid (CO₂) hat als Kältemittel in den letzten Jahren stark an Popularität gewonnen, insbesondere in der Lebensmittelindustrie. CO₂ / R744 ist ungiftig, nicht brennbar und weist sehr gute thermodynamische Eigenschaften auf. Zudem hat es einen äußerst niedrigen GWP (Global Warming Potential), was es zu einer umweltfreundlichen Alternative zu synthetischen Kältemitteln macht.

  Ein wesentlicher Nachteil beim Einsatz von CO₂ / R744 als Kältemittel ist jedoch, dass in CO₂ / R744-Anlagen deutlich höhere Drücke erforderlich sind als in herkömmlichen Kälteanlagen. Diese hohen Drücke führen dazu, dass mehr Energie im Betrieb benötigt wird, was den Energieverbrauch der Anlage im Vergleich zu Anlagen mit anderen Kältemitteln erhöht. Die Konstruktion solcher Hochdruckanlagen erfordert darüber hinaus spezielle, druckfeste Komponenten, was die Anschaffungs- und Wartungskosten der Anlage ebenfalls beeinflusst.

• R290 Propan (C₃H₈), R1270 Propen/Propylene (C₃H₆) wird häufig in kleineren industriellen Anlagen und in Gewerbekälteanlagen eingesetzt. Es zeichnet sich durch hervorragende thermodynamische Eigenschaften und einen sehr niedrigen GWP aus, was es zu einer umweltfreundlichen Option macht.

  Propan / R290 ist zwar brennbar, jedoch schwer entflammbar. Mit den richtigen Sicherheitsvorkehrungen bei Planung und Installation stellt das kein unüberwindbares Hindernis dar. Ein weiterer Vorteil ist, dass Anlagen mit Propan / R290 bei normalen Drücken arbeiten, was eine unkomplizierte und bewährte Anlagentechnik ermöglicht. Diese Systeme sind im Betrieb äußerst effizient und verbrauchen weniger Energie, was sie besonders wirtschaftlich macht.

  Aufgrund seiner Effizienz, der unkomplizierten Technik und der Umweltfreundlichkeit ist Propan / R290 für die breite Masse der Kälteanlagen eine empfehlenswerte Lösung. Es kombiniert gute Leistungsfähigkeit mit relativ niedrigen Installations- und Betriebskosten, was es zu einer attraktiven Wahl für viele Anwendungsbereiche macht.

2. Vorteile natürlicher Kältemittel

 Der Umstieg auf natürliche Kältemittel bietet Ihrem Unternehmen eine Vielzahl von Vorteilen:

• Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit: Natürliche Kältemittel haben entweder keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf den Treibhauseffekt und das Ozonloch. Dies macht sie zu einer umweltfreundlichen Wahl, die zur nachhaltigen Produktion beiträgt und aktiv zur Verringerung der Umweltbelastung beiträgt. Ihr Einsatz fördert nicht nur den Schutz der natürlichen Ressourcen, sondern unterstützt auch die Einhaltung strengerer Umweltauflagen und -standards in der Kälte- und Klimatechnik.

• Gesetzliche Konformität: In den letzten Jahren sind die Vorschriften für synthetische Kältemittel zunehmend strenger geworden. In der EU regelt die F-Gas-Verordnung den Einsatz und die schrittweise Reduzierung von fluorierten Treibhausgasen, die erhebliche Auswirkungen auf den Treibhauseffekt haben. Zudem stehen per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) aufgrund ihrer Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Fokus der Regulierung. Der Umstieg auf natürliche Kältemittel gewährleistet, dass Ihre Anlagen nicht nur den aktuellen, sondern auch den zukünftigen gesetzlichen Anforderungen entsprechen. Dadurch können Unternehmen rechtliche Risiken minimieren und sich aktiv für eine nachhaltige und umweltbewusste Zukunft einsetzen.

• Kostenersparnis: Obwohl die Anfangsinvestition in eine Anlage mit natürlichem Kältemittel höher sein kann, amortisieren sich diese Kosten oft schnell durch Einsparungen im Energieverbrauch und geringere Wartungskosten. Natürliche Kältemittel sind oft effizienter als ihre synthetischen Pendants, was zu niedrigeren Betriebskosten führt.

• Zukunftssicherheit: Mit natürlichen Kältemitteln setzen Sie auf eine langfristige und zukunftssichere Lösung. Sie sind unabhängig von möglichen Verboten oder Einschränkungen synthetischer Kältemittel und können sicher sein, dass Ihre Anlage auch in Zukunft betrieben werden darf.

3. Herausforderungen und Lösungen beim Einsatz natürlicher Kältemittel

Natürlich gibt es auch Herausforderungen beim Einsatz natürlicher Kältemittel. Es ist wichtig, diese zu kennen und geeignete Lösungen zu finden, um den Betrieb Ihrer Anlagen sicher und effizient zu gestalten.

• Sicherheitsaspekte: Ammoniak ist giftig und Propan brennbar, was besondere Anforderungen an die Sicherheit und die Überwachung der Anlagen stellt. Es müssen entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, wie z.B. spezielle Sensoren, die das Austreten von Kältemittel erkennen, und automatische Abschaltmechanismen.

• Planung und Installation: Die Installation einer Anlage mit natürlichem Kältemittel verlangt detailliertes Fachwissen und ein tiefes Verständnis für die spezifischen Anforderungen dieser Technologie. Durch unsere langjährige Erfahrung und gezielte Spezialisierung sind wir bestens gerüstet, jede Phase – von der präzisen Planung bis zur reibungslosen Installation – professionell und sicher umzusetzen. Unser Team durchläuft kontinuierlich Schulungen, um immer auf dem neuesten Stand der Technik zu sein. Zusätzlich pflegen wir enge Partnerschaften mit führenden Herstellern und spezialisierten Experten. So stellen wir sicher, dass wir Ihnen eine Lösung bieten, die höchsten technischen und ökologischen Ansprüchen gerecht wird.

• Hohe Anfangsinvestition: Wie bereits erwähnt, können die Anschaffungskosten für Anlagen mit natürlichen Kältemitteln höher sein als bei herkömmlichen Systemen. Doch langfristig überwiegen die Einsparungen bei den Betriebskosten und der Wartung. Zudem gibt es Förderprogramme, die den Umstieg auf umweltfreundliche Technologien unterstützen und die Investitionskosten reduzieren können.

4. Praxisbeispiel: Erfolgreiche Implementierung einer R1270-Propen-Tiefkühlanlage

Ein Praxisbeispiel aus unserer eigenen Erfahrung verdeutlicht die Vorteile und den erfolgreichen Einsatz von natürlichen Kältemitteln. Vor einem Jahr haben wir für einen Kunden, einem Hersteller und Zulieferer im Luftfahrtbereich, eine Propen-Tiefkühlanlage geplant und installiert. Diese Anlage gewährleistet eine konstante Tiefkühltemperatur von -20 °C in den Lagerräumen.

Die mit Propen betriebene Kälteanlage kühlt eine Wasser-Glykol-Sole auf -26 °C herunter. Diese Sole wird dann über Kaltsole-Leitungen in die Lagerräume gepumpt und gibt die Kälte über an der Decke montierte Wärmetauscher an die Umgebungsluft ab. Das brennbare Kältemittel Propen bleibt dabei ausschließlich im Außenbereich der sensiblen Lagerräume, wodurch alle Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.

Die Entscheidung für Propen als Kältemittel fiel aufgrund seiner hohen Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit, was es zur idealen Wahl für diese Anwendung machte. Die Planung umfasste nicht nur die technische Auslegung der Anlage, sondern auch ein umfassendes Sicherheitskonzept, das spezielle Sensoren und Notfallmaßnahmen einschloss.

Bereits im ersten Jahr nach der Installation und Inbetriebnahme der Anlage können wir eine erhebliche Reduzierung der Energiekosten feststellen. Da die Wartungsintervalle länger sind als bei herkömmlichen Anlagen, wird dies zusätzlich zu einer weiteren Senkung der Betriebskosten führen. Unser Kunde ist äußerst zufrieden mit der Leistung der Anlage und hat durch den Einsatz von Propen als Kältemittel seine Nachhaltigkeitsziele sogar übertroffen.

5. Fazit: Natürliche Kältemittel als Schlüssel für eine nachhaltige Zukunft

Die industrielle Tiefkühlung mit natürlichen Kältemitteln stellt eine zukunftssichere Lösung dar, die sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile bietet. Durch den Einsatz von Kältemitteln wie Ammoniak / 717, CO₂ / R744 und insbesondere Propan / R290 / R1270 können Unternehmen nicht nur ihre Betriebskosten erheblich senken, sondern auch einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz leisten. Propan / R290 zeichnet sich durch seine Effizienz und einfache Handhabung aus, was es zu einer besonders attraktiven Wahl für die breite Masse an Kälteanlagen macht.

Unser technisches Büro ist überzeugt, dass natürliche Kältemittel die Zukunft der industriellen Kälte- und Tiefkühltechnik prägen werden. Es ist unsere Verantwortung, innovative und nachhaltige Lösungen zu entwickeln und umzusetzen, die den Anforderungen der heutigen Zeit gerecht werden und gleichzeitig die Umwelt schonen.

Sollten Sie Fragen zu diesem Thema haben oder planen, eine Anlage mit natürlichem Kältemittel in Ihrem Unternehmen zu installieren, stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Lassen Sie uns gemeinsam die Weichen für eine nachhaltige Zukunft stellen.