Dr. Walter SorgDuPont de NemoursDuPont Fluorochemicals

Kältemittel der vierten Generation

Fachkongress des Bundesumweltministeriumsanlässlich der Verleihung des 4. Deutschen KältepreisesBerlin, 20. März 2012

Agenda

� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zuverbesserten Umwelteigenschaften

� Was kommt nach den HFCs?

� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln

� Was sind HFOs?

� Einsatzmöglichkeiten

� Nächste Schritte

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Agenda

� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zuverbesserten Umwelteigenschaften

� Was kommt nach den HFCs?

� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln

� Was sind HFOs?

� Einsatzmöglichkeiten

� Nächste Schritte

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Fluorhaltige Kältemittel

Verbesserte Umwelteigenschaften

CFCs HCFCs HFCs HFOsCFC-12 HCFC-22 HFC-134a HFO-1234yf

CCl2F2 CHClF2 CF3CH2F CF3CF=CH2

ODP Hoch Geringer --- ---

GWP Hoch Hoch Hoch Gering

Montreal Protokol Phase-out

Chlor Hoch Geringer --- ---

1930’s 1950’s 1990’s 2011

Kyoto Protokol4

0

400

800

1200

1600

1970

1973

1976

1979

1982

1985

1988

1991

1994

1997

2000

2003

2006

2009

2012

2015

RefrigerantsFoam Expansion

SolventsPropellants

Fire Extinguishants

CFCs HCFCs

HFCs

RefrigerantsOther

Tonn

en X

100

0

Geschätzter weltweiter Fluorgas-Einsatz

5

EU Klima-Gesetzgebung

Verordnung (EG) 1005/2009

EU “ 20-20-20” Targets

MAC Directive 2006/40/EC

Cap & Trade/Allocation (Emissionshandel)

Verordnung (EG) 842/2006

F-Gas Regulation

6

Emissionshandel

Cap & Trade/Allocation Schema

0

20

40

60

80

100

120

140

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Mill. tons C

O² equivalent/Jahr*)

*) Berechnung basiert auf IPCC 3rd Assessment Report 2000

Kappung der Produktion/des Verbrauches auf eine festzulegendeHöchstmenge und schrittweiseReduzierung

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Agenda

� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung h in zu verbesserten Umwelteigenschaften

� Was kommt nach den HFCs?

� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln

� Was sind HFOs?

� Einsatzmöglichkeiten

� Nächste Schritte

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Was kommt nach den HFCsDie Suche nach dem optimierten Kältemittel

Umwelt und SicherheitFlammbarkeit keine oder sehr geringToxizität unbedenklichKlimarelevanz sehr geringer GWP, kein ODP

KostenKältemittelEnergie

Investition

Leistung und

WirtschaftlichkeitEnergieeffizienzThermodynamische Eigenschaften

There is No Perfect Refrigerant !!Best Balance for each Application

Es gibt kein perfektes Kältemittel!Optimale Ausgewogenheit der Eigenschaften für unterschie dliche Applikationen

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Agenda

� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung h in zu verbesserten Umwelteigenschaften

� Was kommt nach den HFCs?

� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln

� Was sind HFOs?

� Einsatzmöglichkeiten

� Nächste Schritte

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CFC Chloro-Fluoro-Carbon

HCFC Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon

HFC Hydro-Fluoro-Carbon

HFO Hydro-Fluoro-Olefin

Einzigartige Kombination von Eigenschaften:� Stabilität in Kälteanlagen� Instabilität in der Athmosphäre (geringer GWP)� Sehr gutes Leistungsprofil

Was sind HFOs ??

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HFO-1234yf (CF3CF=CH2)• GWP von 4 vergleichbar mit HCs

• Sehr ähnliche thermodynamischeEigenschaften wie R134a

• Thermische Stabilität in allenAnwendungsbereichen

• Kälteleistung u. Energieeffizienz ähnlich wie R134a

• Geringe Entflammbarkeit

Vapor Pressure

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

-40 -20 0 20 40 60 80 100

134a

1234yfPre

ssur

e, M

Pa

Temperature, oC

R-134a HFO-1234yf

Formula CH2FCF3 CF3CF=CH2

Molecular Weight 102 114

ODP 0 0

GWP100 (AR4) 1430 4

T Critical Point 102 ºC 95ºC

Boiling Point -26ºC -29ºC 12

HFO-1234yf (5,000 - 10,000)

R-32 (30-100)

NH3 (100-300)

Propane

Isobutane

DME

Ethylene

HFO-1234yf High Minimum Ignition Energy – Difficult to Ignite

2L

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ASHRAE Product Safety Considerations

Highly Flammable (3)

PracticallyNon-Flammable (1)

Flammable (2)

LowToxicity (A)

HigherToxicity (B)

ASHRAE Classification Examples:

Propane A3Isobutane A3

R-152a A2

HFO-1234yf 2L

R-134a A1

Mildly Flammable (2L)

B1

B2

B3

A1

A2

A3

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Standardisierungs-Aktivitäten in EuropaASHRAE Class 2L

Sicherheits-Standards – Anpassung an Klasse 2L- ISO-5149 Fertigstellung in 2012- IEC-60335-2-40 unter Revision

Was bedeuted dies :

• Einsatz von 2L Kältemitteln in kleinen und mittlerenA/C und Kälteanlagen (e.g. self contained and condensing units)

• Max. Füllmengen könnten an Raumvolumen gekoppelt werden

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Agenda

� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung h in zu verbesserten Umwelteigenschaften

� Was kommt nach den HFCs?

� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln

� Was sind HFOs?

� Einsatzmöglichkeiten

� Nächste Schritte

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KFZ Klimaanlagen – HFO-1234yf� SAE International – HFO-1234yf wurde intensiv getestet und für den Einsatz in

KFZ freigegeben

� HFO-1234yf entspricht allen Anforderungen und ist sicher einzusetzen

� HFO-1234yf wurde weltweit von allen Automobilherstellern in Hinblick auf die AC Direktive 40/2006 EU adaptiert

17

HFO-1234yf Produktionsanlage

18

DuPont Kältemittel der nächsten Generation für Kält e- und Klimaanwendungen - Versuchsportfolio

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Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme

HFCs Opteon® Kandidaten

Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf

Gewerbekälte R-134a XP10

R-404A/507 DR-33 DR-7

DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5

Chiller R-134a Opteon® yf, XP10

R-123 (HCFC) DR-2

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Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme

HFCs Opteon® Kandidaten

Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon® yf

Gewerbekälte R-134a XP10

R-404A/507 DR-33 DR-7

DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5

Chiller R-134a Opteon® yf, XP10

R-123 (HCFC) DR-2

Klasse 2L

GWP = 4

21

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

HFC-134a HFO-1234yf

Pow

er c

onsu

mpt

ion

rela

tive

to H

FC-1

34a HFC-134a

HFO-1234yf

Getränke-Verkaufsautomat (Fuji Electric, Japan)Jährlicher Energieverbrauch

Geringe Verbesserung gegenüber R134a22

Getränke-VerkaufsautomatLCCP Analyse für HFO-1234yfVendo Mexico

• Life Cycle Climate Performance -- Equipment energy usage + refrigerant emissions + refrig manufacture

• Assumptions-- Beverage cooler equipment life:

10 years-- Average refrigerant leak rate:

1.5 % per year-- Refrigerant loss at end of life:

85 % of charge-- Total over lifetime:

100 % of charge lost-- CO2 energy conversion factors (World

Resource Institute):EU average value of 27 countries: 0,354 kg CO2/kWh*

23

Getränke-Verkaufsautomat LCCP – EU

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

R-134a CO2 HFO-1234yf

Kg

CO

2 E

quiv

alen

t Ove

r 10

Yea

r Li

fe

Refr MfrRefr Em Energy

Der Energieverbrauch ist entscheidendHFO-1234yf bietet die höchste Energieeffizienz 24

Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme

HFCs Opteon® Kandidaten

Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf

Gewerbekälte R-134a XP10

DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5

Chiller R-134a Opteon® yf, XP10

R-123 (HCFC) DR-2

Klasse 1

GWP ~ 600

25

XP10 Untersuchungen in Supermärkten - Hybrid Syste m- Retrofit von R 134a (Medium Temp); CO2 (Low Temp)- Auswertung über einen Zeitraum von 2 Jahren

26

Annularisierter Energieverbrauch und TEWI Vergleich

Im Vergleich zum R-404A-System liegt der TEWI vom XP10/CO 2-Hybridsystem bei 48% 27

Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme

HFCs Opteon® Kandidaten

Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf

Gewerbekälte

R-404A/507 DR-33 DR-7

DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5

Chiller R-134a Opteon® yf, XP10

R-123 (HCFC) DR-2

Klasse 1

GWP ~ 1400

Klasse 2L

GWP ~ 250

28

Reach-In Freezer Drop-in Test Results – DR-7 and DR-3 3

Energy Consump (kWhr/day)

Energy Cons Rel to R404A

Ev Exit SH (F)

Mass Flow Rate

(lb/hr)

Suct Press (Psia)

Disch Press (Psia)

Comp Ratio

Comp Disch Temp (°F)

Ambient T = 32°C

R404A 33.46 100% 7 96 31 294 10 194

DR-7 30.81 92% 6 75 28 309 11 221

DR-33 32.16 96% 7 65 25 280 11 219

Ambient T = 24°C

R404A 25.11 100% 6 102 29 239 8 167

DR-7 23.91 95% 7 76 27 249 9 195

DR-33 25.00 100% 6 68 25 225 9 190

Ambient T = 21°C

R404A 23.39 100% 6 105 29 226 8 158

DR-7 22.62 97% 6 78 26 232 9 184

DR-33 23.41 100% 6 73 25 210 8 182Im Vergleich zu R 404A identischeroder geringerer Energieverbrauch 29

Energieeffizienz und Kälteleistung besser als mit R 404A

TK Kommerzielle Kühlschränke und -zellenTestresultate mit DR-7

98%

100%

102%

104%

106%

108%

110%

112%

85% 90% 95% 100% 105% 110% 115% 120%

% Capacity

% EER Low-Temp Reach-in & Walk-in Tests

Reach-in 24ºC amb Walk-in 35ºC amb Walk-in 15ºC amb Walk-in 15ºC amb + 180# Head Pressure Control

30

HFCs Opteon® Kandidaten

Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf

Kommerzielle Kühlung R-134a XP10

R-404A/507 DR-33 DR-7

DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5

Chiller R-134a Opteon® yf, XP10

R-123 (HCFC) DR-2

Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme

Klasse 2L

GWP ~ 500

31

Cooling Comparison: DR-5 vs R410A7.4 kW R-410A inverter mini-split

100%96%

100%103%

98%100%

80%

85%

90%

95%

100%

105%

110%

410A DR-5 DR-5 CapMatch

Capacity

COP

Leistungsprofil ähnlich wie R 410A32

HFCs Opteon® Kandidaten

Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf

Gewerbekälte R-134a XP10

R-404A/507 DR-33 DR-7

DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5

Chiller R-134a Opteon® yf, XP10

R-123 (HCFC) DR-2

Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme

Klasse 1

GWP ~ 10 33

HCFC-123

HFC-134a

0.95

0.960.97

0.980.99

1.00

1.01

1.02

1.031.04

1.051.06

1.07

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

Vol Cool Cap vs HFC-134a

CO

P C

ool v

s H

FC

-134

a

DR-2

XP10

Low GWP Alternativen für Chiller

Sehr ähnliches Leistungsprofil wie R 134a/123; Tests we rden fortgesetzt 34

Agenda

� Fluorhaltige KältemittelNachhaltige Entwicklung hin zu verbesserten Umwelteigensc haften

� Was kommt nach den HFCs?

� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln

� Was sind HFOs?

� Einsatzmöglichkeiten

� Nächste Schritte

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DuPont™ Opteon ® KältemittelNächste Schritte

� Weitere Untersuchungen und Anwendungsstudien an unterschiedlichen stationären A/C und Kälteanlagen

� Globale Standardisierung und Normierung in Hinblick auf Klasse 2L Kältemittel

� Detaillierte Wirtschaftlichkeitsstudien (Total Cost of Ownership) für alle Anwendungsbereiche

� Ausbau der Produktionskapazitäten für HFOs

� Ausrichtung der Marktkapazitäten in Hinblick auf die Ergebnisse und Mechanismen der weltweiten Klimagesetzgebung

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

www.refrigerants.dupont.com37