Die Rudolf Rieker GmbH aus Leingarten (Baden-Württemberg) ist ein mittelständischer Fachbetrieb für die Induktionshärtung von Stahlwerkstücken mit über 100 Beschäftigten. Das im Jahr 1978 von Rudolf Rieker gegründete Unternehmen deckt als eine der größten Induktionshärtereien Europas mit seinem Maschinenpark nahezu jegliche Art der induktiven Wärmebehandlung ab. Das Härten von Stahlerzeugnissen und -werkstücken ist ein wichtiger Arbeitsschritt in der Stahlproduktion. Beim Induktionshärten werden im Werkstück Wirbelströme zwecks Erhitzung induziert, mit der ein Übergang in der Gitterstruktur des Stahls zu einem austenitischen Gefüge verbunden ist. Im Anschluss muss das Werkstück sehr schnell heruntergekühlt werden. Dies wandelt das austenitische Gefüge in ein martensitisches Gefüge um, wodurch die gewünschten Härten erzielt werden. Eine Sonderanwendung ist das Tiefkühlen um den Restaustenit umzuwandeln. Üblicherweise nutzt man hierfür flüssigen Stickstoff, der in einer Kältekammer versprüht wird. Jedoch ist die Bereitstellung von flüssigem Stickstoff mit nicht unerheblichem Energieaufwand in Herstellung, Transport und Lagerung sowie mit Risiken im Betrieb verbunden. Die Rudolf Rieker GmbH investiert mit Hilfe des Umweltinnovationsprogramms daher in eine innovative Kältekammer, welche zusammen mit der Refolution Industriekälte GmbH entwickelt wurde. Durch dieses Verfahren können erstmals Temperaturen von – 85 Grad Celsius durch eine Luftkältemaschine im Bereich der Restaustenitumwandlung erzielt werden. Den deutlich höheren Investitionskosten verglichen mit konventionellen Verfahren stehen dabei deutliche Einsparpotenziale bei Energie und Treibhausgasemissionen (THG) gegenüber. Während im konventionellen Verfahren auch Energiemengen für Herstellung, Transport und Lagerung der Fernkälte anfallen, ist für das neu entwickelte Verfahren nur noch der Energiebedarf zum Betrieb der Luft-Kältemaschinen vor Ort zu betrachten, welcher durch Wärmerückgewinnung innerhalb der Wechselkühlkammern um ca. 30 Prozent gesenkt werden kann. Insgesamt wird eine Energieeinsparung von ca. 410 Megawattstunden angestrebt, was ungefähr einer Einsparung von 60 - 68 Prozent im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren entspricht. Durch die höhere Energieeffizienz nehmen außerdem auch die mit der Energiebereitstellung verbundenen CO 2 -Emissionen ab. Ein Drittel der in Deutschland tätigen Lohnhärtereien bieten die Tieftemperaturbehandlung an. Da diese losgelöst von der Art des Erhitzens stattfinden kann, ist davon auszugehen, dass die innovative Kältetechnologie für die gesamte Bandbreite als Tiefkühlbehandlung geeignet ist.
Branche: Metallverarbeitung
Umweltbereich: Klimaschutz
Fördernehmer: Rudolf Rieker GmbH
Bundesland: Baden-Württemberg
Laufzeit: seit 2023
Status: Laufend
Die Verordnung (EU) Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase und zur Aufhebung der Verordnung (EG) Nr. 842/2006 ("F-Gas-VO") gibt seit dem Jahr 2015 mittels des "Phase-down" eine schrittweise Reduzierung der in der EU verwendeten Mengen an teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) um 79 % bis zum Jahr 2030 vor. Betrachtungen, in welchem Umfang die gesetzlichen Vorgaben zu einer Durchsetzung von HFKW-Alternativen in den einzelnen betroffenen Sektoren in Deutschland geführt haben, gab es bislang nicht. Dieses Vorhaben beleuchtet den Stand der Umsetzung der F-Gas-VO in Deutschland und analysiert die aktuelle Verwendung von HFKW-Alternativen im Kälte-Klima-Sektor. Zudem zeigen Projektionen die Marktdurchdringung der Alternativen in den Sektoren Gewerbekälte, Industriekälte, Transportkälte sowie der stationären und mobilen Klimatisierung bis zum Jahr 2030, wobei Neu- und Bestandsanlagen betrachtet werden. Alle Daten werden mit Hilfe eines Modells berechnet, wobei detaillierte Annahmen zu den künftigen Verwendungsmengen von HFKW sowie deren Alternativen getroffen wurden. Die Gegenüberstellung der in Deutschland zur Verfügung stehenden HFKW-Verwendungsmengen (SOLL-Mengen) und der projizierten HFKW-Mengen (IST-Mengen) in der Kälte- und Klimatechnik zeigt 2018 über alle Sektoren ein deutliches Überschreiten der insgesamt zur Verfügung stehenden HFKW-Mengen, ausgedrückt in CO2-Äquivalenten. Zwar sinken entsprechend der getroffenen Annahmen die HFKW-Verwendungsmengen im IST-Szenario kontinuierlich, allerdings nicht in ausreichendem Maße, um in den Jahren der Reduktionsschritte das SOLL zu erfüllen. Dabei ist auch zu beachten, dass andere Anwendungen außerhalb der Kälte- und Klimatechnik, wie etwa der Einsatz von HFKW als Schaumtreibmittel, Aerosol, Lösemittel oder Feuerlöschmittel, noch nicht eingerechnet sind. Auch der HFKW-Bedarf für die Umrüstung von Bestandsanlagen ist im Modell nicht berücksichtigt. Daneben wird grundsätzlich angenommen, dass fortlaufend technische Innovationen stattfinden, die zur Verringerung der erforderlichen HFKW-Mengen führen. In den einzelnen Anwendungssektoren stellt sich das Bild sehr unterschiedlich dar: Für viele Sektoren wird eine kontinuierliche Überschreitung der zur Verfügung stehenden HFKW-Mengen projiziert. In der Industriekälte ist jedoch mit einem deutlichen Rückgang der Verwendungsmengen zu rechnen und auch andere Sektoren können nach anfänglichem Überschreiten der Mengen ihren HFKW-Bedarf durch den Einsatz von Niedrig-GWP-Kältemitteln deutlich reduzieren (Flüssigkeitskühlsätze und PKWs). Insgesamt können gemäß diesen Berechnungen die EU HFKW-Phase-down Schritte nur zeitverzögert erfüllt werden. Quelle: Forschungsbericht
<p>Klimaschädliche fluorierte Treibhausgase, die zum Beispiel in privaten Klimageräten oder im Einzelhandel eingesetzt werden, müssen nach einer EU-Verordnung bis 2030 größtenteils durch Alternativen ersetzt werden. Eine Studie im Auftrag des UBA zeigt, dass die Kälte- und Klimabranche in Deutschland die Vorgaben nicht ausreichend umsetzt. Forschung und technische Entwicklung sind dringend nötig.</p><p>Die Studie „Implementierung des EU-HFKW-Phase-down in Deutschland – Realitätscheck und Projektion“ im Auftrag des Umweltbundesamtes zeigt, dass die Umstellung auf alternative klimafreundliche Kältemittel in Deutschland nicht schnell genug erfolgt, um die Vorgaben der EU-F-Gas-Verordnung (Nr. 517/2014) einzuhalten. Der überwiegende Teil der aktuell verwendeten klimaschädlichen Kältemittel soll gemäß dem sogenannten „Phase down“ der EU-Verordnung schrittweise bis 2030 durch klimafreundliche Alternativen ersetzt werden. Das sind beispielsweise natürliche Kältemittel wie Propan, Kohlendioxid und Ammoniak, aber auch Wasser und Luft sind in bestimmten Anwendungen als Kältemittel einsetzbar.</p><p><strong>Umsetzungsstand in Deutschland: Rück- und Ausblick</strong></p><p>Die Studie erhob zunächst den derzeitigen Stand der verwendeten Mengen an teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) in 28 verschiedenen Anwendungsbereichen der Kälte-<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>-Branche in Deutschland. Demnach wurden im Referenzzeitraum 2009 bis 2012 jährlich durchschnittlich 18,8 Mt CO2-Äquivalente an HFKW als Kältemittel eingesetzt. Davon entfielen im Schnitt 45 Prozent auf mobile Klimaanlagen insbesondere in Pkw; 25 Prozent wurden in der Gewerbekälte und 15 Prozent in der Industriekälte verwendet; 9 Prozent kamen in stationären Klimaanwendungen und 6 Prozent in der Transportkälte zum Einsatz. Diese Referenzmengen stellen zugleich die anteiligen Höchstmengen für 2015 dar. Die Reduktionsschritte des EU HFKW-Phase-down wurden auf diese Ausgangsmengen von 2015 bezogen, um für Deutschland die hypothetischen Höchstmengen der Folgejahre zu berechnen. Das Quotensystem der Verordnung ist so gestaltet, dass keine Zuteilung an EU-Mitgliedsstaaten oder Sektoren erfolgt. Die Verordnung reguliert dagegen die Mengen an HFKW, die hergestellt und in den europäischen Markt eingebracht werden.</p><p>In den ersten beiden Jahren der Reduzierung unterschritt Deutschland die durch das Modell zugerechnete verfügbare Höchstmenge an HFKW um 1 Prozent (2016) und 13 Prozent (2017). Seit 2018 stehen dem europäischen Markt 63 Prozent der Referenzmenge an HFKW zur Verfügung. Gemäß den in der Studie durchgeführten Projektionen überstiegen die in Deutschland als Kältemittel verwendeten HFKW-Mengen diese Höchstmenge 2018 um 13 Prozent und 2019 um 2 Prozent. In 2020 wird die Vorgabe wieder erreicht werden. Für die nächsten Reduzierungsstufen 2021 und 2024 sagt das Modell jedoch weitere Überschreitungen vorher.</p><p><strong>Unterschiede in Sektoren und Anwendungen</strong></p><p>Dabei stellt sich die Situation in den einzelnen Sektoren und Anwendungen sehr unterschiedlich dar. Während die Verwendungsmengen in der Industriekälte durchgehend und in mobilen Klimaanlagen ab 2019 unter den Grenzwerten liegen, werden die Höchstmengen in den Anwendungen der stationären Klimatisierung, zu denen auch die Hauswärmepumpen gehören, über den gesamten Zeitraum um bis zu 60 Prozent überschritten. 2030 wird in diesem Sektor noch das Doppelte der Höchstmenge benötigt, da für diese Anwendungen ein großes Marktwachstum angenommen wird und gleichzeitig Alternativen mit niedrigem Treibhauspotenzial fehlen oder nicht ausreichend verwendet werden. In der Gewerbe- und der Transportkälte findet zwar eine kontinuierliche Absenkung der Verwendungsmengen statt, jedoch geschieht dies nicht schnell genug, so dass die Vorgaben nur zeitverzögert erreicht werden. Erst ab 2025 beziehungsweise 2029 werden die Grenzwerte dauerhaft eingehalten.</p><p>Die Analyse macht zudem deutlich, dass natürliche Kältemittel bisher sehr unterschiedlich über die verschiedenen Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Während sich im Lebensmitteleinzelhandel natürliche Kältemittel als Alternativen durchsetzen, ist in der Gebäudeklimatisierung momentan keine Veränderung zu erkennen. Neben umfassenden Informationsaktivitäten sind Forschung und eine konsequente Weiterentwicklung der Technologien sowie angepasste technische Standards gefragt, um die Weichen in Richtung natürliche Kältemittel zu stellen.</p>
Ziel ist es, eine einfache, weitestgehend standardisierte und gleichzeitig kostengünstige Methodik für ein systematisches Energie-Monitoring und darauf aufbauendes Energie-Benchmarking von Kälteanlagen und kältetechnischen Anlagensystemen im laufenden Betrieb zu entwickeln. Aufbauend auf den im Einheitsblatt VDMA 24247 theoretisch aufgeführten Vorschlägen für Bilanzgrenzen, Effizienzkenngrößen und Messkonzepten soll in diesem Vorhaben ein für die Praxis geeigneter Monitoring-Leitfaden entwickelt werden, wie und in welchem Umfang Messkonzepte für ein Energie-Monitoring bei der Planung bzw. Sanierung berücksichtigt werden sollen. Dieser Leitfaden ist jeweils zugeschnitten auf die verschiedenen Anwendungsfelder, z.B. Supermärkte, Klimakälte und Industriekälte. 1. Literaturrecherche; 2. Entwicklung eines systematischen Messkonzeptes für ein methodisches Energie-Monitoring als Basis für vergleichende Bewertung der Energieeffizienz von Kälteanlagen; 3. Exemplarische Anwendung und Erprobung der im vorangegangenen Arbeitspaket entwickelten, theoretischen Methodik an ausgewählten Laboranlagen/Demonstrationsanlagen; 4. Es sollen wissenschaftliche Begleituntersuchungen an ausgewählten Demonstrations- bzw. Feldanlagen über einen Zeitraum von ca. 2 Jahren durchgeführt werden; 5. Entwicklung eines standardisierten Monitoring-Leitfadens, der eine In-Situ-Messung mit definierter Messgenauigkeit als Standard-Verfahren für das Energie-Monitoring für Bestandsanlagen und Neuanlagen ermöglicht.
Die Kältetechnik in Deutschland weist insgesamt einen Anteil am Elektroenergiebedarf von ca. 14 % auf und ist für etwa 5 % der nationalen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Angesichts der nationalen Klimaschutzziele verdeutlichen diese Zahlen den Handlungsbedarf zur Erhöhung der Klimafreundlichkeit in der Klima- und Kältetechnik. Die Studie untersucht Möglichkeiten zur Steigerung der Klimafreundlichkeit der Kältebereitstellung in den Anwendungsgebieten Gebäudeklimatisierung und Industriekälte. Ausgangspunkt ist eine detaillierte Analyse des Kältebedarfs in den einzelnen Anwendungsbranchen sowie eine Charakterisierung der eingesetzten Kühltechniken. Hierauf aufbauend werden für eine Auswahl an Systemen für die Gebäudeklimatisierung sowie die Industriekälte mittels ganzjähriger Betriebssimulationen Energiebedarf, Treibhausgas-Emissionen und Kosten berechnet und bewertet. Weiter werden die Potenziale zur Substitution von Kompressionskältesystemen durch wärmegetriebene Kältesysteme anhand verschiedener Randbedingungen ermittelt. Zum Abschluss wird das Marktpotenzial klimafreundlicher Kühltechniken untersucht und Empfehlungen zur Steigerung des Marktpotenzials gegeben. Quelle: Forschungsbericht