Fluorkohlenwasserstoffe

Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) sind fluorierte Derivate der Kohlenwasserstoffe.

Bei den Fluorkohlenwasserstoffen wird zwischen den teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen (H-FKW) und den vollständig halogenierten Fluorkohlenwasserstoffen (FKW) unterschieden.

Sind FKWs vollständig fluoriert (enthalten also keine Wasserstoff-Atome mehr), dann nennt man diese auch perfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe.

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Eigenschaften

Niedrigmolekulare FKWs bilden Gase oder leichtflüchtige Flüssigkeiten. Sie sind in Wasser praktisch unlöslich und auch kaum mit anderen Lösungsmitteln mischbar.

Verwendung

Tetrafluormethan CF₄ in der Atmosphäre ist teilweise natürlichen Ursprung. Größere Emissionen stammen aus der Primäraluminiumproduktion. Das Gas wird in Plasmaätzverfahren eingesetzt wobei die Radiale CF₃ ⁻ und CF₂ ⁻ − gebildet werden.

Ethan und Propanderivate (C2, C3) der fluorierten Kohlenwasserstoffe 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.

Die gebräuchlichen fluorierten Kohlenwasserstoffe sind:

Weitere, oft patentierte, Mischungen sind gebräuchlich, wie zum Beispiel R 407c 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

Die Fluorkohlenwasserstoffe beeinflussen in der Atmosphäre das Klima. Sie tragen zur Erderwärmung (Treibhauseffekt) bei, da die Moleküle die Wärmestrahlung von der Erdoberfläche absorbieren. Der GWP-Wert (Global Warming Potential) der einzelnen fluorierten Kohlenwasserstoffe ist sehr unterschiedlich und liegt um den Faktor 100 bis 12000 über dem von Kohlenstoffdioxid. Im Gegensatz zu den FCKWS haben die fluorierten Kohlenwasserstoffe kein Ozonabbaupotential, und wurden daher als Ersatzkältemittel beim Ausstieg aus der FCKW-Kältemittel ernannt.

In der europäischen F-Gase-Verordnung (veröffentlicht am 14. Juni 2006) sind Maßnahmen zur Reduzierung von Emissionen aus Kälteanlagen getroffen worden. Es handelt sich im Gegensatz zu der FCKW-Halon-Verbotsverordnung 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 soll überprüft werden, ob die Ziele der Verordnung erreicht werden oder weitergehende Verwendungsverbote auferlegt werden müssen.

Da PKW-Klimaanlagen bauartbedingt sehr hohe Leckraten aufweisen, wurden für diese Anlagen stärkere Restriktionen verabschiedet. Ab dem 1. Januar 2011 dürfen nur F-Gase mit einem GWP unter 150 eingesetzt werden oder es müssen alternative Kältemittel eingesetzt werden. Als FKW kommt nur das Kältemittel R 152a (GWP = 140) in Betracht. Eine der Erfolg versprechendsten Alternativen stellt das natürliche Kältemittel Kohlenstoffdioxid dar, das mit einem GWP von 1 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.

Normen

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

• Westfalen AG - Lexikon Fachbegriffe; und dort speziell unter K (wie Kältemittel)

• Refron

Weiterführende Literatur

• J. M. Calm and G. C. Hourahan, "Refrigerant Data Summary," Engineered Systems, 18(11):74-88, November 2001