Gilles Delafargue, Spezialist des technischen Kundendienstes für Europa, Afrika und den Mittleren Osten bei ExxonMobil, erklärt uns wie synthetische Schmiermittel den Entwicklungen im Bereich der Kälteproduktion durch Kompression Rechnung tragen können und gleichzeitig die Energieeffizenz der Anlagen verbessern.
Herr Delafargue, können Sie uns Ihre Vision hinsichtlich der Entwicklung des Kältemittelmarktes erläutern?
G.D. : In dem Montreal-Protokoll (1989) wurde der progressive Abbau von Stoffen festgelegt, die ein hohes Ozonabbaupotential (OPD) besit¬zen. Zusätzlich wurde die Verwendung von Käl¬temitteln vom Typ Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) verboten bzw. bei teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (HFCKW) das Verwendungsverbot eingeleitet. Im Kyoto-Protokoll (1997) wurden die Ziele zur Verringerung des Treibhausgases festgelegt. Diese Entscheidungen haben Auswirkungen auf bestimmte Fluorkohlenwasserstoffe (FKW). Zwar besitzen sie ein hohes Treibhauspotential (GWP), schädigen die Ozonschicht aber nicht. Als Fol¬ge fand die Entwicklung der Fluorwasserstoffo¬lefine (HFO) statt.
Diese Entwicklungen in der Gesetzgebung haben indirekt zu einer Rückkehr zur Verwendung von Ammoniak (NH3), von Kohlendioxid (CO2) und in bestimmtem Maß von Kohlenwasserstoffen (CH) geführt. Die Verwendung von CH beschränkt sich auf kleinvolumige Haushaltsgeräte. Die CH-Befürworter wollen jedoch weiterhin die Nutzung auf größere Anlagen wie z. B. industriel¬le Eismaschinen, Tiefkühlgeräte oder auch Kühler ausdehnen. Obwohl Fluorkohlenwasserstoffe zunehmend durch Fluorwasserstoffolefine (HFO) mit einem niedrigen GWP-Wert ersetzt werden, sind sie immer noch weit verbreitet. In Europa konnte ein stärkerer Absatz von CO2 und anschließend von HFO-1234yf für Klimaanlagen im Automobilbereich festgestellt werden.
Welche Kriterien sollten angesichts dieser Veränderungen bei der Wahl des Schmiermittels berücksichtigt werden?
G.D.: Die meisten industriellen Kälteanlagen sind Kompressionssysteme, bei denen die Kälte durch die Verdampfung eines Kältemittels (FKW, HFO, CH, Ammoniak oder CO2) erzeugt wird.
Die Art des Schmiermittels sowie seine Viskosität hängen von der Beschaffenheit des Kältemittels, vom Kompressortyp und der Verdampferendtemperatur ab. Hierbei sind insbesondere die Mischbarkeit und die Löslichkeit der Kältemittel/Schmiermittel-Mischung zu berücksichtigen.
Für sogenannte „mischbare“ Anwendungen (Systeme ohne Ölabscheider) ist eine adäquate Mischbarkeit von Kältemittel und Schmiermittel ausschlaggebend. Wichtig ist hierbei, dass die Kältemittel/Öl-Mischung bis zum Ende der Verdampfung homogen bleibt, damit sie in den Kompressor zurückgeführt werden kann. Bei Trennung der beiden Stoffe aufgrund einer schlechten Mischbarkeit, kann das Öl den Verdampfer nicht mehr verlassen. Dieses führt zu einer deutlichen Verschlechterung der Effizienz der Kälteanlage bzw. beeinträchtigt die einwandfreie Funktion des Kompressors durch niedrigen Ölstand.
Der hohe Druck sowie die hohe Temperatur im Kompressor haben eine Viskositätsabnahme des Schmiermittels in Verbindung mit der Löslichkeit des Kältemittels im Öl zur Folge, wodurch der Verschleißschutz verringert wird. Durch die Auswahl des richtigen Öltyps mit der geeigneten Viskosität können diese schädliche Auswirkungen der Viskositätsabnahme verhindert werden.
ExxonMobil hat zahlreiche Mischbarkeitskurven sowie „VDT“-Kurven (Viskosität/Druck/Temperatur) erstellt, um somit sicherzustellen, dass das ausgewählte Schmiermittel den Einsatzanforderungen im Hinblick auf die Mischbarkeit und die Viskosität entspricht. Außerdem steht den Kunden ein technischer Kundendienst mit Fachleuten vor Ort oder das europäische Technik-Center von ExxonMobil zur Verfügung.
Welche Schmiermittel haben Sie für Kühlanlagen entwickelt?
G.D.: ExxonMobil verfolgt die gesetzlichen Veränderungen genau und konnte den Anforderungen des Umweltschutzes durch die Markteinführung hochleistungsfähiger Schmiermittel für den Einsatz mit Ammoniak, HFO und CO2 Rechnung tragen. Die synthetischen Schmiermittel Mobil EAL Arctic (Environmental Awareness Lubricant) wurden speziell für die Schmierung von Kompressoren sowie für Systeme entwickelt, die FKW-Kältemittel verwenden. Sie wurden auf der Grundlage von Polyolester (POE)-Grundölen formuliert und verfügen über hervorragende Schmier- und Verschleißschutzeigenschaften. Zusätzlich besitzen sie eine hervorragende chemische Stabilität und eine sehr hohe Beständigkeit gegen thermischen Abbau. Die Mobil EAL Arctic-Schmiermittel lassen sich mit FKW mischen und verfügen mit zahlreichen FKW-Kältemitteln über genau festgelegte VDT-Eigenschaften.
Große Anlagen, in denen Ammoniak, der kaum oder nicht mit Kohlenwasserstoff-Schmiermitteln mischbar ist, als Kältemittel verwendet wird, sind mit Ölabscheidern ausgestattet. Um den Eintritt von Öl in den Kreislauf zu vermeiden oder zu minimieren, ist es wichtig, ein Schmiermittel einzusetzen, das mit dem Kältemittel absolut nicht mischbar ist und einen niedrigen Dampfdruck besitzt.
Die Öle der Mobil Gargoyle Arctic SHC 200-Reihe wurden auf der Grundlage von Polyalphaolefin (PAO)-Grundölen formuliert und werden für die Schmierung von Kältekompressoren mit sehr hohen Betriebstemperaturen und für Systeme mit sehr niedrigen Verdampferendtemperaturen empfohlen. Dank ihrer geringen Löslichkeit und Mischbarkeit mit Kältemitteln bilden sie in Gegenwart von Kältemitteln unter Druck stärkere Schmierfilmschichten aus und können Undichtigkeiten an den Schaftdichtungen des Kompressors verringern. Aufgrund ihrer enormen Scherfestigkeit, ihres hohen Viskositätsindex sowie ihrer hervorragenden Fließeigenschaften bei Tieftemperaturen sind die Öle der Mobil Gargoyle Arctic SHC 200-Reihe für den Einsatz unter schweren Betriebsbedingungen mit Ammoniak geeignet. Sie eignen sich ebenfalls für die Schmierung von CO2 -Anlagen, die nicht oder wenig mischbar sind.
Die Öle der Mobil Gargoyle Arctic SHC 200-Reihe sind zudem gemäß den Anforderungen von NSF H1 registriert. Das hat den Vorteil, dass sie auch für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein unvorhergesehener Kontakt mit Lebensmitteln stattfinden könnte.
Kann sich die Wahl des Schmiermittels auf die Energieeffizienz der Anlage auswirken?
G.D. : Heutzutage wird für viele Kälteanlagen Ammoniak als Kältemittel verwendet. Die wichtigsten Schmiermitteltechnologien für den Betrieb mit Ammoniak:
- Naphtenische Mineralöle (NM) und paraffinische Mineralöle (PM), raffiniert auf der Grundlage von Rohöl mit naphtenischen und paraffinischen Eigenschaften.
- Synthetische Schmiermittel auf der Grundlage der PAO-Technologie sind potentiell die bessere Wahl für den Betrieb mit Ammoniak im Vergleich zu den NM- und PM-Technologien. Gründe hierfür sind das hohe Verbesserungspotential hinsichtlich der Anlageneffizienz, die besseren Tieftemperatur-eigenschaften, die bessere Kontrolle der Fließeigenschaften, die hervorragende Viskositätskontrolle bei Hochtemperaturanwendungen und die besseren Entgasungseigenschaften.
Eine 2011 im EMRE-Forschungszentrum (ExxonMobil Research & Engineering) in den USA durchgeführte Detailstudie hat dieses deutlich bewiesen.
Die Öle der Mobil Gargoyle Arctic SHC 200-Reihe mit PAO-Technologie, ohne Paraffine, haben bei nicht mischbarem Betrieb für Industriekompressoren, in Supermärkten oder bei Wärmepumpen und speziell beim Betrieb mit Ammoniak beachtenswerte Leistungen erzielt. Des Weiteren hat die Studie belegt, dass die Viskosität bei Tieftemperaturen der synthetischen Öle von ExxonMobil mit PAO-Technologie viel niedriger ist als bei Ölen der NM- und PM-Technologien. Durch die Minimierung der Isolierschichtstärke, die durch das im Verdampfer zurückgehaltene Öl entsteht und die die Wärmetauschereffizienz verringert, kann die Effizienz der Anlage deutlich verbessert werden. Die Ergebnisse haben ebenfalls bestätigt, dass die Öle der Mobil Gargoyle Artic SHC 200-Reihe einen außergewöhnlichen Schutz gegen thermischen Abbau und Oxidation bieten und eine hervorragende chemische Stabilität aufweisen. Hieraus ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich der Verlängerung der Lebensdauer des Schmiermittels, der Ölwechselintervalle und der Filterstandzeiten sowie der geringeren Undichtigkeiten an den Kompressorschaftdichtungen.
So konnte zum Beispiel eine bedeutende und in Polen ansässige Brauerei durch die Verwendung von Mobil Gargoyle Arctic SHC 226E in 3 Jahren 100.200,00 € einsparen. Nach der Umstellung auf ein synthetisches Schmiermittel anstelle eines Mineralöls konnten die Schmierintervalle auf ein Sechsfaches ausgedehnt werden, so dass ein Ölwechsel nur noch alle drei Jahre anstelle von zuvor zwei Ölwechseln pro Jahr notwendig ist. Hierdurch wurden die Kosten für den Ölwechsel und die Wartung für den Ölabscheider verringert und damit einhergehend die Kosten für Behandlung des Altöls minimiert. Zusätzlich konnten die Wartungskosten für den Kompressor aufgrund einer hervorragenden Sauberkeitskontrolle verringert werden.
Was ist Ihrer Meinung nach das Modell der Kälteproduktion in der Zukunft?
G.D.: Derzeit kommen alternative Technologien der Kälteproduktion wie die „Magnetkälte“ auf den Markt. Bei dem energieeffizienten Verfahren der „Magnetkälte“ wird der Effekt ausgenutzt, dass bestimmte Legierungen unter dem Einfluss eines Magnetfeldes durch Temperaturveränderung Kälte erzeugen (magnetokalorischer Effekt). Teure Kompressoren oder Kältemittel sind hierdurch nicht nötig. Zwei europäische Unternehmen haben vor Kurzem angekündigt, dass sie in den nächsten zwei Jahren für Haushaltsgeräte Systeme auf den Markt bringen werden, die auf der Technologie der „Magnetkälte“ beruhen.
Dennoch sind die klassischen Geräte mit Kompressor weiterhin auf dem Markt und werden dahingehend weiterentwickelt, dass die Kältemittel einen niedrigen GWP-Wert aufweisen.
Was würden Sie letztendlich empfehlen?
G.D.: Der Betrieb einer industriellen Kälteanlage bedingt eine entsprechende Wartung. Störfälle oder ein Leistungsabfall der Anlagen können signifikante Produktionsverluste oder Verluste von Lagerwaren bedeuten. Mit der Verwendung von Kältemitteln wie Ammoniak, CO2 und Kohlenwasserstoffen sowie dem progressiven Ersatz der Fluorkohlenwasserstoffe durch HFO-Kältemittel mit niedrigem GWP-Wert, wird die Bereitstellung von hochwertigen, umweltfreundlichen Schmiermitteln immer wichtiger.
Durch die Entwicklung und den weltweiten Vertrieb einer entsprechenden Produktserie konnte ExxonMobil dieser Entwicklung Rechnung tragen, um sich somit den Herausforderungen von morgen zu stellen.
Gleichzeitig steht ExxonMobil seinen Kunden mit Empfehlungen und technischem Support zur Seite.
GILLES DELAFARGUE, EXXONMOBIL
Spezialist technischer Kundendienst
Anwendung einer Mischbarkeitskurve
Die rote Kurve gibt die Grenze der Löslichkeitsbereiche zwischen Mobil EAL Arctic 46 und dem Kältemittel R-407C in Abhängigkeit von der Schmiermittelkonzentration der Mischung an. Unterhalb dieser Kurve liegen zwei nicht vermischbare Phasen. Oberhalb dieser Kurve bilden das Schmiermittel und das Kältemittel nur eine einzige Phase. Numerische Anwendung: Unabhängig von der Mobil EAL Arctic 46-Konzentration bilden bei einer Temperatur von -25 °C (grüne Linie) Mobil EAL Arctic 46 und das Kältemittel R-407C nur eine Phase. Bei -40 °C (blaue Linie): Eine einzige Phase bei Mobil EAL 46-Konzentrationen unter 7,5 %, zwei nicht mischbare Phasen bei Mobil EAL Arctic 46-Konzentrationen zwischen 7,5 und 38 %, eine einzige Phase bei Mobil EAL Arctic 46-Konzentrationen über 38 %.
ExxonMobil und Mobil sind registrierte Warenzeichen von Exxon Mobil Corporation oder einer seiner Tochterunternehmen. Dazu gehört Esso S.A.F. für den Vertrieb in Frankreich. Esso S.A.F. Aktiengesellschaft mit einem Grundkapital von 98.667.521,70 €, eingetragen im Handelsregister zu Nanterre unter der Nummer 542 010 053 5/6 Place de l’iris 92400 Courbevoie.