Fluorkohlenwasserstoffe

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Fluorkohlenwasserstoffe (FKW, englisch Hydrofluorocarbons, HFC) sind fluorierte Derivate der Kohlenwasserstoffe. Es wird zwischen teilweise (H-FKW) und vollständig halogenierten (FKW) unterschieden. Sind FKW vollständig fluoriert (enthalten also keine Wasserstoff-Atome mehr), heißen sie auch „perfluorierte“ Fluorkohlenwasserstoffe oder Perfluorcarbone.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Niedrigmolekulare FKWs sind Gase (bis zu etwa sechs Kohlenstoffatomen) oder leichtflüchtige Flüssigkeiten. Sie sind – mit Ausnahme von Fluormethan CH3F und Difluormethan CH2F2 – in Wasser nur wenig löslich; mit zunehmender Kettenlänge und Fluorierungsgrad nimmt die Löslichkeit ab. Vollfluorierte Vertreter besitzen durch ihre Stabilität eine erhebliche Lebensdauer in der Atmosphäre; sie werden erst in der Ionosphäre zersetzt.[1]

Einige wichtige niedermolekulare fluorierte Kohlenwasserstoffe und deren Eigenschaften:

Bezeichnung ASHRAE-
Kennung
Halbstrukturformel Siedepunkt Löslichkeit
(Wasser [g·l−1])
Treibhauspotenzial

(GWP) auf 100 Jahre[2]

Lebenszeit
(Atmosphäre [Jahre])[1]
Tetrafluormethan R 14 CF4 −127,8 °C 0,019 (25 °C)[3] 7.390 50.000
Trifluormethan R 23 CHF3 −82,2 °C 1,000 (20 °C)[4] 14.800 250
Difluormethan R 32 CH2F2 −51,7 °C 280,000 (20 °C)[5] 675 6
Fluormethan R 41 CH3F −78,4 °C 227,000 (20 °C)[6] 150 3,7[7]
Hexafluorethan R 116 CF3CF3 −78,2 °C 0,008 (25 °C)[8] 9.200 10.000
Pentafluorethan R 125 CF3CHF2 −48,1 °C 0,900 (25 °C)[9] 3.500 36
1,1,1,2-Tetrafluorethan R 134a CF3CH2F −26,0 °C 2,040 (25 °C)[10] 1.430 14
1,1,1-Trifluorethan R 143a CF3CH3 −47,6 °C ? 4.470 55
1,1-Difluorethan R 152a CHF2CH3 −24,9 °C 3,200 (25 °C)[11] 140 1,5
Fluorethan R 161 CH2FCH3 −37,6 °C 2,160 (25 °C)[12] 12[13] ?
Octafluorpropan R 218 CF3CF2CF3 −36,6 °C 0,006 (25 °C)[14] 7.000[13][15] ?
Tetrafluorethylen R 1114 F2C=CF2 −75,6 °C 0,179 (20 °C)[16] ? ?
Decafluorbutan R 610 CF3CF2CF2CF3 −1,9 °C 0,002 (25 °C)[17] 7.000[7] 3.200[7]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Tetrafluormethan (CF4) in der Atmosphäre ist teilweise natürlichen Ursprungs. Größere Emissionen stammen auch aus der Primäraluminiumproduktion. Das Gas wird in Plasmaätzverfahren eingesetzt, wobei die Ionen CF3 und CF2 gebildet werden. Fluorierte Derivate der Kohlenwasserstoffe Ethan und Propan (C2, C3) werden als Kältemittel eingesetzt. Oft werden azeotrope und zeotrope Gemische verschiedener Sorten eingesetzt, um die Eigenschaften zu optimieren. Einige höhermolekulare fluorierte Kohlenwasserstoffe (C6–C8) werden als Reiniger eingesetzt. Der technisch wichtigste Fluorkohlenwasserstoff Tetrafluorethylen dient als Ausgangsstoff zur Herstellung von Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon®).

Weitere, oft patentierte, Mischungen sind gebräuchlich, wie zum Beispiel R 407c, das ein im Massenverhältnis 25 % R125 / 23 % R32 / 52 % R134a gemischtes Produkt bezeichnet. Diese Mischungen werden entwickelt, um gefährliche oder verbotene Reinprodukte so gut wie möglich, also bestenfalls mit identischen technischen Eigenschaften, zu ersetzen.

Auswirkung auf die Umwelt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Fluorkohlenwasserstoffe beeinflussen das Klima in der Erdatmosphäre: Sie tragen zur Erderwärmung bei („Treibhauseffekt“), da ihre Moleküle die Wärmestrahlung von der Erdoberfläche absorbieren (siehe Albedo). Das Treibhauspotential der einzelnen fluorierten Kohlenwasserstoffe ist dabei sehr unterschiedlich und liegt etwa um den Faktor 100 bis 23.000[18] über dem von Kohlendioxid (CO2). Im Gegensatz zu den Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) haben die fluorierten Kohlenwasserstoffe allerdings kein Ozonabbaupotential. Weil es nach 1987 bei der Umsetzung des Montreal-Protokolls zunächst darum ging, möglichst schnell geeignete, verfügbare Ersatzstoffe als Kühlmittel zu verwenden, wurden beim Ausstieg aus dem Gebrauch von FCKW-Kältemitteln andere damals verfügbare FKW als Ersatzkältemittel verwendet. Alternativen, die nicht so klimaschädlich waren, kamen erst allmählich ab den 1990er Jahren auf den Markt.[19] 2016 sind FKW mit einer Rate von 10 bis 15 % pro Jahr die am schnellsten zunehmende Sorte von Treibhausgasen.[18]

Reduktion und Ersatz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der europäischen F-Gase-Verordnung (veröffentlicht am 14. Juni 2006) sind Maßnahmen zur Reduzierung von Kältemittel-Emissionen aus Kälteanlagen getroffen worden. Es handelt sich im Gegensatz zu der FCKW-Halon-Verbots-Verordnung nicht um ein Verwendungsverbot, sondern durch höhere Anforderung an die Ausführung und Wartung von Kälteanlagen sollen die Leckagemengen reduziert werden. Die Verordnung sieht vor, dass regelmäßige Dichtheitsprüfungen durch sachkundiges Personal durchgeführt werden und das Ergebnis nachvollziehbar protokolliert wird. Im Jahr 2011 sollte überprüft werden, ob die Ziele der Verordnung erreicht werden oder weitergehende Verwendungsverbote auferlegt werden müssen.

Da Kfz-Klimaanlagen bauartbedingt sehr hohe Leckraten aufweisen, wurden für diese Anlagen stärkere Restriktionen verabschiedet. Seit dem 1. Januar 2011 dürfen nur F-Gase mit einem Treibhauspotenzial von unter 150 eingesetzt werden oder es müssen alternative Kältemittel eingesetzt werden. Als FKW kommt nur das Kältemittel R152a (1,1-Difluorethan, Treibhauspotenzial von 124) in Betracht. Eine der erfolgversprechendsten Alternativen stellt das natürliche Kältemittel Kohlenstoffdioxid dar, das mit einem Treibhauspotenzial von genau einem CO2-Äquivalent nur bei großen Emissionsquellen (Verbrennung von Kohlenstoff in Kraftwerken und Motoren) relevant zum Treibhauseffekt beiträgt. Es wurde bereits in zahlreichen Fahrzeugen getestet und hat sich als energieeffiziente Lösung bewährt.

Auf der 28. Vertragsparteienkonferenz des zum Montreal-Protokoll 2016 in Kigali einigten sich fast 200 Länder auf ein internationales Abkommen zur schrittweisen, weitgehenden Abschaffung von Fluorkohlenwasserstoffen;[20][21] hierdurch wird nach Einschätzung von Experten die Erderwärmung bis zum Jahr 2100 um bis zu einem halben Grad geringer ausfallen.[22]

Normen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • EN 378-1 (2000): Kälteanlagen und Wärmepumpen; Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen – Teil 1: Grundlegende Anforderungen, Definitionen, Klassifikationen und Auswahlkriterien.

Weiterführende Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • J. M. Calm, G. C. Hourahan: Refrigerant Data Summary. In: Engineered Systems. Band 18, Nummer 11, 2001, S. 74–88.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b H. Hulpke, H. A. Koch, M. Adinolfi: RÖMPP-Lexikon Umwelt. 2. Auflage, S. 313ff, Georg Thieme Verlag, 2000, ISBN 978-3-13-736502-0.
  2. P. Forster, P., V. Ramaswamy et al.: Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge und New York 2007, S. 212–213, (PDF).
  3. Eintrag zu Tetrafluormethan in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 27. Januar 2009.
  4. Eintrag zu Trifluormethan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 13. Dezember 2007 (JavaScript erforderlich).
  5. Eintrag zu Difluormethan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 2. März 2008 (JavaScript erforderlich).
  6. Eintrag zu Fluormethan in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 27. Januar 2009.
  7. a b c EPA: Global Warming Potentials of ODS Substitutes
  8. Eintrag zu Hexafluorethan in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 27. Januar 2009.
  9. Eintrag zu Pentafluorethan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 2. März. 2008 (JavaScript erforderlich).
  10. Eintrag zu 1,1,1,2-Tetrafluorethan in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 27. Januar 2009.
  11. Eintrag zu 1,1-Difluorethan in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 27. Januar 2009.
  12. Eintrag zu Fluorethan in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 27. Januar 2009.
  13. a b Erhebung bestimmter klimawirksamer Stoffe Ergebnisbericht
  14. Eintrag zu Octafluorpropan in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 27. Januar 2009.
  15. Klimawirksame Stoffe 2010 Kennziffer: Q IV - j/10 ·Bestellnummer Q4013 201000 ISSN 1430-5194.
  16. Eintrag zu Tetrafluorethen in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 13. Dezember 2007 (JavaScript erforderlich).
  17. Eintrag zu Decafluorbutan in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 27. Januar 2009.
  18. a b c badische-zeitung.de, Wirtschaft, 17. Oktober 2016: Die Welt stoppt die Klimakiller-Kühlmittel FKW (19. Oktober 2016)
  19. Stephen O. Andersen u. a.: Stratospheric ozone, global warming, and the principle of unintended consequences—An ongoing science and policy success story. Band 63, Nr. 6, 2013, S. 625–627, doi:10.1080/10962247.2013.791349.
  20. deutschlandfunk.de, Nachrichten vom 15.10.2016: Konferenz in Ruanda einigt sich auf Begrenzung von FKW (15. Oktober 2016)
  21. Internationale Gemeinschaft einigt sich auf Reduzierung von FKW-Gasen. Deutsche Welle, 15. Oktober 2016, abgerufen am 15. Oktober 2016.
  22. germanwatch.org, 15. Oktober 2016: Bis zu ein halbes Grad Erwärmung verhindert (30. Dezember 2016)