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Kältemittel der Zukunft? Effiziente Dichtemessung hilft bei Entwicklung neuer Kältemittel

| Autor / Redakteur: Barbara Klug-Santner* / Dr. Ilka Ottleben

Bei der Entwicklung neuer Kältemittel für verschiedene Industriebereiche spielt deren Erderwärmungspotenzial heute eine entscheidende Rolle. Bei der Herstellung dieser Substanzen hilft auch eine effiziente Dichtemessung – ein Beispiel aus der Automobilindustrie.

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Abb. 1: Das Dichtemessgerät DMA 4200 M benötigt nur geringe Probenmengen und erlaubt auf diese Weise sparsames Messen.
Abb. 1: Das Dichtemessgerät DMA 4200 M benötigt nur geringe Probenmengen und erlaubt auf diese Weise sparsames Messen.
(Bild: Anton Paar)

So wenig Erderwärmungspotenzial (englisch: global warming potential, GWP) wie möglich sollen sie haben: die neuen Kältemittel, die in den Klimaanlagen unserer Autos eingesetzt werden. Fluorchlor-Kohlenwasserstoffe greifen die Ozonschicht an, die Antwort auf dieses Problem waren Fluor-Kohlenwasserstoffe, die allerdings den Treibhauseffekt verstärken. Das gängigste unter den Kältemitteln, R134a, ist ein Treibhausgas mit einer weit höheren Emissionsbelastung als Kohlendioxid. Daher wurde es in der EU für neue Autos verboten. Es gilt, Kältemittel-Alternativen mit den geeigneten und verlangten Eigenschaften zu finden, und zwar für eine Industrie, die beinahe für jeden erwachsenen EU-Bürger ein Thema ist: für die Automobilindustrie.

„Hersteller solcher Substanzen brauchen für die potenzielle Vermarktung Daten in Form von Zustandsgleichungen für diese neuen Stoffe. Diese Zustandsgleichungen werden in der Automobil- und Zuliefererindustrie für die Auslegung der Klimaanlagen verwendet“, erklärt Dr. Christian Ihmels von dem Oldenburger Unternehmen LTP (Laboratory for Thermophysical Properties).

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Kurze Reaktionszeiten und geringer Probenbedarf

Das Labor für thermophysikalische Eigenschaften LTP ist der Ansprechpartner für Unternehmen aus Bereichen wie Chemie, Petrochemie, Raumfahrt, Nahrungsmittel, für die Automobilindustrie oder Patentanwaltskanzleien. Die Spezialisten in chemischer Technik, Thermodynamik und Reaktionstechnik arbeiten seit der Gründung des Unternehmens 1999 an der Universität Oldenburg mit sehr hohen Drücken, einem sehr weiten Temperaturbereich und sie generieren Zustandsgleichungen, d.h. die für neue Stoffe essenziellen Daten.

Das Labor misst an Reinstoffen, aber auch an Stoffgemischen die Dampfdrücke, kalorische Daten und vor allem gute Dichten, und zwar Hochdruckdichten (z.B. bis 400 bar und 200 °C) in der flüssigen und überkritischen Phase. Diese Dichten werden dann zusammen mit den anderen Daten in einer Zustandsgleichung modelliert und über eine Software den Kunden und dessen Kunden für weitere Berechnungen zur Verfügung gestellt.

„Das LTP legt Wert auf kurze Reaktionszeiten und arbeitet mit den effizientesten und schnellsten Geräten am Markt. Da das Dichtemessgerät DMA 4200 M nur geringe Probenmengen braucht, ist ein sparsames Messen möglich. Bereits kleinste Mengen führen zu hochgenauen Resultaten. Und die Reinigung kann sehr schnell und mit wenig Lösungsmittel durchgeführt werden“, sagt Ihmels. Dieses besonders robuste Dichtemessgerät von Anton Paar hat eine Biegeschwingermesszelle aus hochbeständigem Hastelloy und liefert Dichtewerte für Zustandsgleichungen und Phasengleichgewichte bei Drücken bis 500 bar und Temperaturen bis 200 °C. Der Anwender spritzt die Probe ein, wählt den gewünschten Druck und startet den programmierten Temperaturscan, den das DMA 4200 M „abarbeitet“. Danach erhält der Anwender den Dichtewert der Probe bei allen gemessenen Temperaturpunkten unter dem gewünschten Druck. Sobald dieser Schritt durchgeführt wurde, stellt der Anwender den nächsten Druck ein und der Temperaturscan beginnt von Neuem. Der automatische Scan wird dann so lange wiederholt, bis alle Punkte für die Zustandsgleichung oder das Phasengleichgewicht bestimmt worden sind.

Oldenburger Komplettservice aus einer Hand

Zustandsgleichungen sind von jeher eine Kernkompetenz von Dr. Ihmels und des Oldenburger Labors: „Das LTP bietet einen Komplettservice: Die Kunden nennen oder liefern uns die Substanz, wir messen alle benötigten Daten und modellieren sie inklusive Implementierung der Zustandsgleichung in die Berechnungssoftware. Die Forschung an neuen Substanzen für Autoklimaanlagen mit kleineren GWP-Werten ist ein sehr wichtiges Thema für uns. Es ist schön, indirekt auch einen Beitrag im Kampf gegen die globale Erwärmung zu leisten.“

* Dr. B. Klug-Santner: Anton Paar GmbH, 8054 Graz/Österreich

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