Stand der Kälte-Technik

Es ist wissenschaftlich belegt, dass bis Mitte Jahrhundert netto Null Emissionen ausgestossen werden dürfen, um den Temperaturanstieg unter der 2°C Grenze zu halten. Die verschiedenen Szenarien, um dieses Ziel zu erreichen, beinhalten immer, dass alte Technologien durch neue, emissionsfreie Technologien ersetzt werden.
Der daraus folgende steigende politische Druck spürt auch die Industrie der Kältetechnik, in Form von mehr Regulierungen, Vorschriften und Verboten für umweltschädliche Kältemittel.
In industriellen Kühlanlagen sowie in Produkten wie Kühlschränken und Klimaanlagen sind herkömmliche Kältekompressoren verbaut, welche mit ebendiesen umweltschädlichen Kältemitteln operieren.
Schon in den 90er Jahren wurden die ozonschichtabbauenden Kältemittel FCKW verboten. Heute werden hauptsächlich FKW und H-FKW Kältemittel eingesetzt. Allerdings sind auch diese Kältemittel stark umweltschädlich mit einem GWP (global warming potential) von mehr als 1000 (1000-facher Effekt von CO2).

Wie untenstehende Graphik zeigt, gibt es 3 Gruppen von Kältemitteln, die entweder toxisch, brennbar oder klimaschädlich sind. Die klimaschädlichsten Kältemittel sind dabei gerade die energieeffizientesten. Wegen ihrer hohen Umweltbelastung werden aber diese Kältemittel bald verboten.
Deshalb herrscht momentan grosse Unsicherheit in der Kälteindustrie, auf welche Kältemittel man setzen soll. Das Abwägen eines möglichen Verbots, dem Zusatzaufwand aufgrund strengerer Vorschriften und der Verteuerung der Kältemittel aufgrund Regulierungen gegen die Installationskosten und die Energieeffizienz des Kältemittels ist äussert anspruchsvoll.
Zudem spürt der Kältetechnik-Markt auch den gesellschaftlichen Druck und verändert sich in Richtung nachhaltigem, klimaneutralem Kühlen.

Wir möchten dieses Marktpotential ausnutzen, denn genau hier bietet unsere Innovation eine vielversprechende Lösung: energieeffizient UND umweltfreundlich Kühlen ist erstmals wirtschaftlich möglich mit dem von uns entwickelten «Deltatube». Da der Deltatube auf dem Stirling-Kreisprozess basiert, können wir anstelle umweltschädlicher Kältemittel Helium als Arbeitsgas verwenden, welches für Mensch und Umwelt absolut unbedenklich ist. Dank der patentierten Doppelwirkung und dem höheren Basisdruck erreichen wir einen höheren Wirkungsgrad und höhere Leistungsdichte als herkömmliche Stirling-Kältemaschinen.

Nicht nur unser Konzept, sondern auch unsere Entwicklungsmethoden sind der Konkurrenz überlegen, denn wir setzen auf modernste Entwicklungsmethoden wie «Machine Learning» anstelle von klassischem Engineering: Um das komplexe Multiparameter-Optimierungsproblem einer gesamten Stirling-Kältemaschine zu lösen, setzen wir auf Künstliche Intelligenz (KI) und modernste Simulationsmethoden gepaart mit immenser Rechenpower.
«Evolutionäre Algorithmen», eine Form von Machine Learning, ermöglichen uns, komplett neue Lösungen zu finden, welche für den Menschen allein zu komplex wären, und können Testaufwände um bis zum 80% reduzieren. Bei uns entwickeln Mensch und Maschine zusammen die optimalste Lösung.

Unsere Vision: Durch unsere klimaneutrale Technologie das Kühlen nachhaltig, energieeffizient und wirtschaftlich zu gestalten, so dass die Umwelt keinen unnötigen Schaden nimmt und zukünftige Generationen nicht belastet werden.

Markt- und Konkurrenzanalyse

Wegen der Klimaerwärmung verbietet die EU auf Grundlage der EU-F-Gase-Verordnung, welche seit 2014 in Kraft ist, schrittweise fluorhaltige Kältemittel (FKW und H-FKW). Bemerkenswert ist, dass es auch das am weitesten verbreitete Kältemittel R134a betrifft. Es wird schon ab Januar 2022 für gewerbliche Anwendungen verboten und ab 2025 gelten weitere Einschränkungen im privaten Bereich.

 

Seit 2020 ist das Inverkehrbringen von Geräten mit Kältemittel, die einen GWP grösser als 2500 haben, verboten.

Als Alternative kommen nur noch wenige (natürliche) Kältemittel in Frage, die wiederum andere Nachteile mit sich bringen:

R290 Propan:           Das Kältemittel ist brennbar und gehört auch zu den fluorhaltigen Kältemitteln.

R717 Ammoniak:    Das Kältemittel ist für Menschen gefährlich, daher gibt es sehr hohe Sicherheitsanforderungen.

R744 CO2:                 Technisch sehr aufwendig, da es einen sehr hohen Betriebsdruck erfordert (bis 135bar).

R600a Isobutan:     Das Kältemittel ist hoch entzündlich, daher gibt es starke Einschränkungen im Brandschutz.

 

Die Suche nach brauchbaren, umweltverträglichen Kältemitteln hatte auch für Schlagzeilen gesorgt, als Daimler sich geweigert hatte, brennbare Kältemittel in Autos zu verwenden, wie auch SRF berichtete.

Aber nicht nur die Automobilbranche, sondern die ganze Kältebranche, sieht sich wegen dem Klimawandel gezwungen, auf neue Technologien zu setzen.

 

Gegenwärtig wird Kälte im Bereich bis -30°C mit Kältekompressoren erzeugt, welche auf Kältemittel angewiesen sind. Wir verfolgen einen alternativen Lösungsansatz: Der Stirlingprozess. Er wird seit langem für die Kälteerzeugung in Industrie und Forschung genutzt und arbeitet sehr effizient im Bereich ab -50°C.

Mit unserem Deltatube-Design können wir die Stirling-Kältetechnik soweit verbessern, dass ihre Anwendung auch im höheren Temperaturbereich konkurrenzfähig wird mit bestehenden Kältekompressoren. Natürlich kommt uns auch entgegen, dass die effizientesten Kältemittel verboten werden. Dadurch sinken die üblichen Markteinstiegshürden für eine neue Technologie.

Zudem ist der Deltatube wartungsfrei und braucht kein periodisches Nachfüllen des Arbeitsmittels, wie dies bei industriellen Kälteanlagen mit Kältemitteln nötig ist.