Weniger Strom, weniger Emissionen: Verbesserung der Wechselstromtechnologie

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Angesichts der steigenden Nachfrage nach Klimaanlagen suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, die Energieeffizienz von Kühlsystemen zu verbessern und schädliche Emissionen zu begrenzen, die die globale Erwärmung beschleunigen.

Die Innovation konzentriert sich auf drei Hauptbereiche, wobei der Energieverbrauch im Mittelpunkt steht. Klimaanlagen machen in den Vereinigten Staaten sechs Prozent des Stromverbrauchs aus.

Nach Angaben des US-Energieministeriums haben mehrere Durchbrüche den Stromverbrauch seit 1990 bereits halbiert.

Am wirkungsvollsten war die sogenannte „Inverter“-Technologie, die es ermöglicht, die Drehzahl des Motors zu modulieren, anstatt ihn kontinuierlich mit 100 Prozent laufen zu lassen.

Zu den weiteren neuen Funktionen gehört die bedarfsgesteuerte Lüftung (Demand Controlled Ventilation, DCV), die mithilfe von Sensoren die Anzahl der Personen im Gebäude ermittelt und die Luftströme anpasst.

Ein weiterer wichtiger Bereich ist nach Angaben der Internationalen Energieagentur die Suche nach Ersatzstoffen für die Kältemittelgase, die in den meisten der fast zwei Milliarden installierten Klimaanlagen verwendet werden.

Jahrzehntelang wurden Klimaanlagen fast ausschließlich mit Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) oder Fluorchlorkohlenwasserstoffen (HCFC) betrieben, von denen angenommen wird, dass sie im Hinblick auf die Auswirkungen auf die globale Erwärmung bis zu 10.000 Mal so schädlich sind wie CO2.

FCKW und H-FCKW sind seit 1987 im Rahmen des Montrealer Protokolls verboten.

Dann kamen Fluorkohlenwasserstoffe (HFC) hinzu, die nun bis 2050 auslaufen sollen.

In Fabriken und Gewerbegebäuden werden bereits andere Gase verwendet, etwa Ammoniak – das keine Treibhausgaswirkung hat – sowie Kohlenwasserstoffe, hauptsächlich Propan, deren Emissionen geringer sind als die von Methan.

„In manchen Ländern werden zunehmend Kohlenwasserstoff-Kältemittel, hauptsächlich Propan, verwendet, aber es gibt Einschränkungen hinsichtlich der Menge, die in das System eingefüllt werden darf“, da dieses Gas brennbar ist, sagte Ankit Kalanki, Manager bei Rocky Mountain Institut.

Obligatorische Sicherheitsfunktionen sorgen für ein „Niveau an Raffinesse“ mit „einem Preisaufschlag, der zu den Einheiten selbst hinzukommt“, fügte er hinzu.

„Und der Markt für Wohnraumklimaanlagen tendiert dazu, zunächst auf die Produkte mit den niedrigsten Kosten und dann auf die Produkte mit der höchsten Effizienz zu setzen.“

Einige versuchen, gaslos zu werden, wie etwa Pascal Technology, ein Startup aus Cambridge, Massachusetts, das an einem Mechanismus arbeitet, um Kältemittel in einem festen Zustand zu halten und so jegliches Austreten zu vermeiden.

Weitere Innovationen konzentrieren sich auf Produkte, die die Kompression umgehen, einen energieintensiven Prozess in der Klimatisierung, der sich seit seiner Erfindung im Jahr 1902 kaum verändert hat.

Verschiedene Wissenschaftlergruppen der National University of Singapore (NUS) und des Wyss Institute der Harvard University haben jeweils Klimaanlagen gebaut, die Wasser zur Kühlung der Luft nutzen.

Das Wyss Institute hat bereits Prototypen auf der Grundlage seines cSNAP-Modells hergestellt, das mit einem Viertel des Stroms arbeitet, der beim herkömmlichen Kompressionsprozess verbraucht wird.

Das Gerät besteht teilweise aus Keramikplatten, hergestellt in Spanien.

Das Startup Blue Frontier, zu dessen Investoren Bill Gates zählt, nutzt eine Salzlösung, die die Luftfeuchtigkeit auffängt und sie dann durch Kontakt mit Wasser kühlt.

Die Lösung ermöglicht auch die Speicherung von Energie, „sodass man sich nicht mit Kapazitätsgrenzen der Infrastruktur auseinandersetzen muss“, sagte Daniel Betts, CEO von Blue Frontier.

Das in Florida ansässige Startup plant, seine AC-Einheiten gegen eine Abonnementgebühr an gewerbliche Gebäudeeigentümer zu vermieten und so seine Investition durch Stromeinsparungen wieder hereinzuholen.

Normalerweise, räumt Betts ein, „erkennen Gebäudeeigentümer den Wert einer effizienteren Ausrüstung außer für das Marketing nicht.“

„Wir eliminieren die Belastung durch die Finanzierung hocheffizienter Geräte, da wir dies als Abonnementdienst anbieten.“

Innovationen bei der Klimatisierung haben das dritte große Problem im Zusammenhang mit herkömmlichen Geräten, die Ableitung heißer Luft außerhalb von Gebäuden, nur langsam gelöst.

Eine der wenigen verfügbaren Optionen sind Erdwärmepumpen, die ein Netz aus erdverlegten Rohren verwenden, die kühlere Temperaturen aus dem Untergrund leiten und keine warme Luft abgeben.