Wasser als Kältemittel - aktuelle Entwicklungen

Wasser ist eines der ältesten Stoffe, welche zur Kälteerzeugung eingesetzt werden, und somit seit etlichen Jahren als Kältemittel bekannt. Doch was ist die Motivation dahinter, Wasser als Kältemittel zu verwenden und warum ist der Anwendungsbereich nach wie vor so klein? Wir befinden uns momentan in einem Umbruch der Kältetechnik, in welchem die F-Gase-Verordnung und das Kigali-Protokoll das Inverkehrbringen unserer üblichen Kältemittel auf Basis ihres Ozonabbaupotenzials (ODP) und Treibhauspotenzials (GWP) regulieren. Anhand von Kältemitteln wie R1234ze oder R1234yf reagierte die chemische Industrie bereits auf diese Regulierungen, jedoch handelt es sich dabei nach wie vor um chemische Substanzen. Wie schon der norwegische Wissenschaftler Gustav Lorentzen 1994 sagte, „macht es keinen Sinn, eine Chemikalie, die Umweltprobleme verursacht, durch eine andere Chemikalie zu ersetzen, die ähnlich fremd für die Natur ist“. Dieses Zitat ist heute wie damals gleichermaßen zutreffend. Um langfristig eine sinnvolle und nachhaltige Lösung zu generieren, fällt der Fokus daher auf die „natürlichen“ Kältemittel wie Propan, Ammoniak oder CO2. Doch auch diese Stoffe sind aufgrund ihrer Brennbarkeit oder Toxizität keine Lösung für alle Anwendungen, speziell nicht für Anwendungen mit großen Leistungsanforderungen wie in der Industrie. Die Antwort auf diese Herausforderungen kann langfristig somit nur heißen, ein der Natur nicht fremdes und gleichzeitig sicheres Kältemittel – sprich Wasser sowie wässrige Lösungen – einzusetzen.

Vor- und Nachteile von Wasser als Kältemittel:
Die Vorteile von Wasser als Kältemittel liegen auf der Hand. Es hat keinen GWP, keinen ODP, ist nicht brennbar und nicht toxisch. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der hohen kritischen Temperatur von 374 °C ein breiter Anwendungsbereich. Das Druckniveau bleibt dabei verglichen mit üblichen Kältemitteln sehr gering, bis zu 100 °C läuft der Prozess unterhalb des Atmosphärendrucks ab. Zudem weist Wasser eine hohe spezifische Verdampfungsenthalpie, eine hohe spezifische Wärmekapazität und eine hohe theoretische Leistungszahl (COP) auf.
Gleichzeitig bringt Wasser als Kältemittel jedoch auch einige Herausforderungen mit sich. Während die geringe Drucklage aus sicherheitstechnischer Sicht sehr vorteilhaft ist, ist das Betreiben des Kälteprozesses im Unterdruck eher unüblich und fordert den Einsatz spezieller Dichtungen. Zudem müssen aufgrund der flach verlaufenden Druckkurve hohe Druckverhältnisse bei geringe