Fluorkohlenwasserstoffe

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

Eigenschaften

Niedrigmolekulare FKWs sind Gase (bis zu etwa sechs Kohlenstoffatomen) oder leichtflüchtige Flüssigkeiten. Sie sind 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.

Einige wichtige niedermolekulare fluorierte Kohlenwasserstoffe und deren Eigenschaften:

Bezeichnung	ASHRAE- Kennung	Halbstrukturformel	Siedepunkt	Löslichkeit (Wasser [g·l⁻¹])	Treibhauspotential (GWP) auf 100 Jahre	Lebenszeit (Atmosphäre [Jahre])
Tetrafluormethan	R 14	CF₄	−127,8 °C	0,019 (25 °C)	7.390	50.000
Trifluormethan	R 23	CHF₃	−82,2 °C	1,000 (20 °C)	14.800	250
Difluormethan	R 32	CH₂F₂	−51,7 °C	3,650 (20 °C)	675	6
Fluormethan	R 41	CH₃F	−78,4 °C	2,300 (20 °C)	150	3,7
Hexafluorethan	R 116	CF₃CF₃	−78,2 °C	0,008 (25 °C)	9.200	10.000
Pentafluorethan	R 125	CF₃CHF₂	−48,1 °C	0,430 (25 °C)	3.500	36
1,1,1,2-Tetrafluorethan	R 134a	CF₃CH₂F	−26,0 °C	2,040 (25 °C	1.430	14
1,1,1-Trifluorethan	R 143a	CF₃CH₃	−47,6 °C	0,760 (25 °C)	4.470	55
1,1-Difluorethan	R 152a	CHF₂CH₃	−24,9 °C	3,200 (25 °C)	140	1,5
Fluorethan	R 161	CH₂FCH₃	−37,6 °C	2,160 (25 °C)	12	?
Octafluorpropan	R 218	CF₃CF₂CF₃	−36,6 °C	0,006 (25 °C)	7.000	?
Tetrafluorethylen	R 1114	F₂C=CF₂	−75,6 °C	0,179 (20 °C)	?	?
Decafluorbutan	R 610	CF₃CF₂CF₂CF₃	−1,9 °C	0,002 (25 °C)	7.000	3.200

Verwendung

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 thermodynamische Eigenschaften zu optimieren, um gefährliche oder verbotene Substanzen so gut wie möglich, also bestenfalls mit identischen technischen Eigenschaften, zu ersetzen oder um bei ihrer Kommerzialisierung besser eingestuft zu werden zum Beispiel bezüglich ihrer Toxizität bzw. ihrem Treibhauspotential. Einige höhermolekulare fluorierte Kohlenwasserstoffe (C6–C8) werden als Reiniger eingesetzt. Der technisch wichtigste Fluorkohlenwasserstoff Tetrafluorethylen dient als Ausgangsstoff zur Herstellung von Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon®).

Auswirkung auf die Umwelt

Fluorkohlenwasserstoffe beeinflussen das Klima in der Erdatmosphäre: Sie tragen über den Treibhauseffekt zur Erderwärmung bei, da ihre Moleküle die Wärmestrahlung von der Erdoberfläche absorbieren. Das Treibhauspotential der einzelnen fluorierten Kohlenwasserstoffe ist dabei sehr unterschiedlich und liegt etwa um den Faktor 100 bis 23.000 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. 2016 waren FKW mit einer Rate von 10 bis 15 % pro Jahr die am schnellsten zunehmende Sorte von Treibhausgasen.

Reduktion und Ersatz

In der europäischen F-Gase-Verordnung (veröffentlicht am 14. Juni 2006, seit 2014 neuste Version und deutlich verschärft) 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 z. B. das Kältemittel R152a (1,1-Difluorethan, Treibhauspotenzial von 124) in Betracht. Eine der erfolgversprechendsten Alternativen stellt Kohlenstoffdioxid dar, das mit einem Treibhauspotenzial von definitionsgemäß genau einem CO₂-Äquivalent nur bei großen Emissionen (Verbrennung von Kohlenstoff in Kraftwerken und Motoren) ins Gewicht fällt. Es wurde bereits in zahlreichen Fahrzeugen getestet und hat sich als effiziente Lösung bewährt.

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

Die Industrieländer sollen bis 2019 ihre FKW-Emissionen um 10 %, bis 2036 um 85 % reduzieren; die EU und USA haben bereits 2016 damit begonnen.
China und nahezu alle Entwicklungs- und Schwellenländer starten ihre Reduktion 2024; bis 2045 sollen sie ebenfalls 85 Prozent erreichen;
die Golfstaaten, Irak, Iran sowie Indien und Pakistan starten 2028 mit der Reduktion und sollen 2047 85 % erreichen.

Normen

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

Siehe auch

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW)

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de