Fluorkohlenwasserstoffe

Fluorkohlenwasserstoffe (FKW; englisch Hydrofluorocarbons, HFC) sind fluorierte Derivate der Kohlenwasserstoffe. Es wird zwischen teilweise (H-FKW) und vollständig halogenierten (FKW) unterschieden. Sind Fluorkohlenwasserstoffe vollständig fluoriert (enthalten also keine Wasserstoff-Atome mehr), heißen sie auch perfluorierte Kohlenwasserstoffe oder Perfluorcarbone.

Eigenschaften

Niedrigmolekulare FKWs sind Gase (bis zu etwa sechs Kohlenstoffatomen) oder leichtflüchtige Flüssigkeiten. Sie sind in Wasser nur wenig löslich; mit zunehmender Kettenlänge und Fluorierungsgrad nimmt die Löslichkeit ab. Vollfluorierte Vertreter besitzen durch ihre Stabilität eine erhebliche Lebensdauer in der Atmosphäre; sie werden erst in der Ionosphäre zersetzt.

Einige wichtige niedermolekulare fluorierte Kohlenwasserstoffe und deren Eigenschaften:

Bezeichnung ASHRAE-
Kennung
Halbstrukturformel Siedepunkt Löslichkeit
(Wasser [g·l−1])
Treibhauspotential

(GWP) auf 100 Jahre

Lebenszeit
(Atmosphäre [Jahre])
Tetrafluormethan R 14 CF4 −127,8 °C 0,019 (25 °C) 7.390 50.000
Trifluormethan R 23 CHF3 −82,2 °C 1,000 (20 °C) 14.800 250
Difluormethan R 32 CH2F2 −51,7 °C 3,650 (20 °C) 675 6
Fluormethan R 41 CH3F −78,4 °C 2,300 (20 °C) 150 3,7
Hexafluorethan R 116 CF3CF3 −78,2 °C 0,008 (25 °C) 9.200 10.000
Pentafluorethan R 125 CF3CHF2 −48,1 °C 0,430 (25 °C) 3.500 36
1,1,1,2-Tetrafluorethan R 134a CF3CH2F −26,0 °C 2,040 (25 °C 1.430 14
1,1,1-Trifluorethan R 143a CF3CH3 −47,6 °C 0,760 (25 °C) 4.470 55
1,1-Difluorethan R 152a CHF2CH3 −24,9 °C 3,200 (25 °C) 140 1,5
Fluorethan R 161 CH2FCH3 −37,6 °C 2,160 (25 °C) 12 ?
Octafluorpropan R 218 CF3CF2CF3 −36,6 °C 0,006 (25 °C) 7.000 ?
Tetrafluorethylen R 1114 F2C=CF2 −75,6 °C 0,179 (20 °C) ? ?
Decafluorbutan R 610 CF3CF2CF2CF3 −1,9 °C 0,002 (25 °C) 7.000 3.200

Verwendung

Tetrafluormethan (CF4) in der Atmosphäre ist teilweise natürlichen Ursprungs. Größere Emissionen stammen auch aus der Primäraluminiumproduktion. Das Gas wird in Plasmaätzverfahren eingesetzt, wobei die Ionen CF3 und CF2 gebildet werden. Fluorierte Derivate der Kohlenwasserstoffe Ethan und Propan (C2, C3) werden als Kältemittel eingesetzt. Oft werden azeotrope und zeotrope Gemische verschiedener Sorten eingesetzt, um thermodynamische Eigenschaften zu optimieren, um gefährliche oder verbotene Substanzen so gut wie möglich, also bestenfalls mit identischen technischen Eigenschaften, zu ersetzen oder um bei ihrer Kommerzialisierung besser eingestuft zu werden zum Beispiel bezüglich ihrer Toxizität bzw. ihrem Treibhauspotential. Einige höhermolekulare fluorierte Kohlenwasserstoffe (C6–C8) werden als Reiniger eingesetzt. Der technisch wichtigste Fluorkohlenwasserstoff Tetrafluorethylen dient als Ausgangsstoff zur Herstellung von Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon®).

Auswirkung auf die Umwelt

Fluorkohlenwasserstoffe beeinflussen das Klima in der Erdatmosphäre: Sie tragen über den Treibhauseffekt zur Erderwärmung bei, da ihre Moleküle die Wärmestrahlung von der Erdoberfläche absorbieren. Das Treibhauspotential der einzelnen fluorierten Kohlenwasserstoffe ist dabei sehr unterschiedlich und liegt etwa um den Faktor 100 bis 23.000 über dem von Kohlendioxid (CO2). Im Gegensatz zu den Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) haben die fluorierten Kohlenwasserstoffe allerdings kein Ozonabbaupotential. Weil es nach 1987 bei der Umsetzung des Montreal-Protokolls zunächst darum ging, möglichst schnell geeignete, verfügbare Ersatzstoffe als Kühlmittel zu verwenden, wurden beim Ausstieg aus dem Gebrauch von FCKW-Kältemitteln andere damals verfügbare FKW als Ersatzkältemittel verwendet. Alternativen, die nicht so klimaschädlich waren, kamen erst allmählich ab den 1990er Jahren auf den Markt. 2016 waren FKW mit einer Rate von 10 bis 15 % pro Jahr die am schnellsten zunehmende Sorte von Treibhausgasen.

Reduktion und Ersatz

In der europäischen F-Gase-Verordnung (veröffentlicht am 14. Juni 2006, seit 2014 neuste Version und deutlich verschärft) sind Maßnahmen zur Reduzierung von Kältemittel-Emissionen aus Kälteanlagen getroffen worden. Es handelt sich im Gegensatz zu der FCKW-Halon-Verbots-Verordnung nicht um ein Verwendungsverbot, sondern durch höhere Anforderung an die Ausführung und Wartung von Kälteanlagen sollen die Leckagemengen reduziert werden. Die Verordnung sieht vor, dass regelmäßige Dichtheitsprüfungen durch sachkundiges Personal durchgeführt werden und das Ergebnis nachvollziehbar protokolliert wird. Im Jahr 2011 sollte überprüft werden, ob die Ziele der Verordnung erreicht werden oder weitergehende Verwendungsverbote auferlegt werden müssen.

Da Kfz-Klimaanlagen bauartbedingt sehr hohe Leckraten aufweisen, wurden für diese Anlagen stärkere Restriktionen verabschiedet. Seit dem 1. Januar 2011 dürfen nur F-Gase mit einem Treibhauspotenzial von unter 150 eingesetzt werden oder es müssen alternative Kältemittel eingesetzt werden. Als FKW kommt z. B. das Kältemittel R152a (1,1-Difluorethan, Treibhauspotenzial von 124) in Betracht. Eine der erfolgversprechendsten Alternativen stellt Kohlenstoffdioxid dar, das mit einem Treibhauspotenzial von definitionsgemäß genau einem CO2-Äquivalent nur bei großen Emissionen (Verbrennung von Kohlenstoff in Kraftwerken und Motoren) ins Gewicht fällt. Es wurde bereits in zahlreichen Fahrzeugen getestet und hat sich als effiziente Lösung bewährt.

Auf der 28. Vertragsparteienkonferenz zum Montreal-Protokoll 2016 in Kigali einigten sich fast 200 Länder auf ein internationales Abkommen zur schrittweisen, weitgehenden Abschaffung von bisherigen Fluorkohlenwasserstoffen; hierdurch wird nach Einschätzung von Experten die Erderwärmung bis zum Jahr 2100 um bis zu einem halben Grad geringer ausfallen.

Normen

Siehe auch

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 27.08. 2021