Half oktober sloten 197 landen een akkoord om de productie en het gebruik van fluorkoolwaterstoffen aan banden te gaan leggen. Waarom is dat nodig en wat zijn de alternatieven?

In 1989 werd het Montrealprotocol van kracht, een internationaal verdrag om de ozonlaag te redden. Dat akkoord deed chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK’s) in de ban, verbindingen die de afbraak van ozon in de stratosfeer katalyseren. Vanaf 2013, zo spraken de betrokken landen af, zou dat ook gaan gelden voor de HFCK’s, de hydrochloorfluorkoolwaterstoffen. Nu komen daar de fluorkoolwaterstoffen (HFK’s) bij, bekend als koudemiddelen in bijvoorbeeld koelkasten en koelinstallaties en airco’s. Ooit waren die stoffen hét alternatief voor CFK’s, ze tasten immers de ozonlaag niet aan. Maar voortschrijdend inzicht liet zien dat het uiterst sterke broeikasgassen zijn, in sommige gevallen zelfs twee- tot drieduizend keer sterker dan CO2.

Terug naar het verleden

Dat een dergelijk verbod effect kan hebben, laat het akkoord rondom de CFK’s inmiddels zien. In juni rapporteerden Engelse wetenschappers in Science dat het ozongat dat jaarlijks omstreeks september boven de Zuidpool ontstaat meer en meer begint te ‘helen’.

Voor de HFK’s gaat het om een gedeeltelijke en geleidelijke uitfasering. ‘Rijke’ landen, waaronder de VS, beginnen vanaf 2019 met uitfaseren en in 2036 moet de uitstoot met 85 % afgenomen zijn. Andere (ontwikkelings)landen volgen later. China bijvoorbeeld, een van de grootste vervuilers, start in 2024. India, Pakistan en de Golfstaten volgen pas in 2028. Voor die landen ligt de lat van 85 % tien jaar later.

Europa kent al een paar jaar eigen regels om de productie en het gebruik van fluorkoolwaterstoffen terug te dringen. In de EU is sinds 2014 de F-gas-richtlijn van kracht – en per 1 januari 2015 in alle 28 lidstaten. ‘In de dagelijkse praktijk verandert er voor ons dus niet veel’, vertelt Henry Kruiper, directeur van NVKL, de Nederlandse brancheorganisatie voor koudetechniek en luchtbehandeling. ‘Het doel is om in 2030 de uitstoot tot 21 % te hebben teruggebracht. Er is geen signaal dat de EU haar uitfaseerschema nu gaat aanpassen.’ Dat neemt niet weg dat Kruiper het akkoord als een positieve ontwikkeling ziet. ‘Zeker gezien de reden die erachter ligt, is het goed dat de hele wereld meedoet. Als je kijkt naar de volumes, dan speelt Europa in vergelijking met Azië en de VS toch een bescheiden rol.’

‘Een lager GWP doet de brandbaarheid vaak toenemen’

Naast HFK’s (net als CFK’s en HCFK’s synthetische koudemiddelen) worden in de praktijk ook nu al op grote schaal natuurlijke koudemiddelen zoals koolwaterstoffen, ammoniak en CO2 gebruikt. Dat zijn stuk voor stuk stoffen met een laag zogenoemd aardopwarmingsvermogen (GWP, global warming potential). Het is een cijfer voor de mate waarin een middel bijdraagt aan klimaatverandering. Je meet het ten opzichte van CO2, waarvan het GWP per definitie gelijk is aan 1. Zo heeft R134a, een bekende HFK voor in onder meer auto-airco’s, een GWP van 1430. Als alternatief wordt HFO1234yf voorgesteld, met een GWP van slechts 4. Het is een van de eerste middelen uit een nieuwe klasse synthetische koudemiddelen genaamd hydrofluor-olefinen (HFO’s).

Ammoniak kent een GWP van 0, en wordt gezien als het meest efficiënte koudemiddel. De afgelopen jaren schuift het gebruik ervan steeds meer op van grote naar ook kleine schaal, en als alternatief voor synthetische koudemiddelen; al kan ammoniak in zijn eentje nooit alle toepassingen bedienen. ‘Eigenlijk gaan we terug naar het verleden’, zo beschrijft Kruiper de ontwikkelingen. ‘Ammoniak gebruiken we al heel lang als koudemiddel. Na de Tweede Wereld­oorlog vond de ommezwaai naar CFK’s en HCFK’s plaats. Dat vonden we toen prachtige, veilige middelen. De rest is inmiddels geschiedenis.’

Veiligheid

Kruiper benadrukt dat de verandering voor de sector niet zozeer in de techniek zit, als wel in de uitvoering. ‘Eigenlijk moet iedereen werkzaam in de koeltechniek opnieuw op cursus om op een veilige manier met deze, voor mensen gevaarlijkere, stoffen te leren werken. Een stof als ammoniak mag absoluut niet ontsnappen. In die zin is er ook vraag naar robuustere systemen, bijvoorbeeld in het kader van grote vriesinstallaties.’

Peter Vuegen, werkzaam bij het centrum voor nieuwe energietechnologieën van de Hogeschool UC Leuven-Limburg, beaamt het aspect van veiligheid en voegt daar voor zijn onderzoeksgebied alsnog het aspect van techniek aan toe. ‘De laatste vijf jaar is CO2 volledig doorgebroken in de commerciële winkelsetting. En stilletjes aan begint het nu ook door te sijpelen in het kleinschaligere segment, bijvoorbeeld in buurtwinkels. Zolang de condensatietemperatuur onder de 31 °C blijft, is er geen verschil voor het toepassen van CO2 in gangbare koelinstallaties. Maar bij hogere temperaturen wordt dit koudemiddel niet langer vloeibaar, een essentieel onderdeel in het koelingscircuit’ (zie kader Koelingscircuit). Er moet dus op een andere manier gezorgd worden voor die terugvorming.

'Voor elke toepassing is een natuurlijk alternatief'

Vuegen en zijn collega’s willen zich in de nabije toekomst eveneens gaan richten op pure koolwaterstoffen. Dat heeft zeker ook te maken met het akkoord, aldus Vuegen. Het enige nadeel van stoffen zoals ethaan, propeen, propaan en isobutaan – met een GWP van 3 – is hun brandbaarheid. Vol­gens Vuegen zie je dat de zoektocht naar middelen met een lagere GWP steeds brandbaardere alternatieven oplevert. Dat geldt tevens voor de HFO’s, al zijn die stoffen niet zo brandbaar als koolwaterstoffen. Vuegen en Kruiper zijn het erover eens dat er voor koolwaterstoffen goede veiligheidsmaatregelen moeten komen, zodat ook die stoffen hun weg naar de praktijk beter kunnen gaan vinden; de HFO’s kunnen daar dan direct in worden meegenomen.

Met de nog mogelijke technische verbeteringen in het achterhoofd, ziet Vuegen CO2 als een goed alternatief in veel toepassingen. Toch kun je niet stellen dat CO2 in de toekomst het gat van de HFK’s gaat opvullen, aldus de onderzoeker. ‘Het is zowel een technisch als een kostenplaatje. Niet voor alle toepassingen is CO2 geschikt. En voor bepaalde toepassingen zal het kostenplaatje permanent hoog blijven.’

Synthetische industrie

‘Ondertussen zit de chemische industrie ook niet stil’, voegt Vuegens collega Walter Reulens toe. ‘De industrie doet expliciet onderzoek naar lage-GWP koudemiddelen. We hebben gehoord dat er nu zo’n zeventig synthetische middelen in de testfase zitten. Daarover zullen we binnen vijf jaar meer over horen. Daarbij moet je denken aan alternatieven voor HFO1234ze en -yf of mengsels van HFO’s.’ Kruiper vult aan dat de HFK’s niet geheel uit het straatbeeld zullen verdwijnen. ‘De verschillende koudemiddelen blijven vooralsnog naast elkaar bestaan. Wellicht komt er ooit een geheel verbod op HFK’s, maar dat zal niet eerder zijn dan in 2030.’

Reulens besluit: ‘Het is nog onduidelijk welke richting we opgaan in het gebruik van koudemiddelen. Ik ben ervan overtuigd dat er voor elke toepassing een natuurlijk alternatief is. Maar tegelijkertijd is de synthetische koudemiddelenindustrie er een van miljarden. Die gaat niet zomaar verdwijnen.’

Koelingscircuit

Een verdamper zorgt ervoor dat het koudemiddel verdampt, waardoor het warmte aan zijn omgeving gaat onttrekken. Het gevormde gas wordt afgevoerd en in de compressor samengeperst waardoor het verder opwarmt. Aangekomen in de condensor koelt het koudemiddel af doordat het warmte afgeeft aan zijn omgeving. Het vloeibare middel wordt uiteindelijk teruggeleid naar de verdamper.