Kältemittel Kohlenstoffdioxid (R-744)

Kältemittel: Kohlendioxid im Einsatz
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Kohlendioxid (R-744) ist ein nicht brennbares, geruchloses, nicht ätzendes und nicht wassergefährdendes, chemisch stabiles Gas. Es trägt die chemische Bezeichnung CO2. Kohlendioxid hat ein niedriges Treibhauspotenzial und schädigt die Ozonschicht nicht. Es ist chemisch sehr reaktionsträge und deshalb mit allen gängigen Werkstoffen verträglich. 

In geringer Konzentration ist CO2 für den Menschen nicht gefährlich. In höheren Konzentrationen wirkt CO2 auf den menschlichen Organismus narkotisierend und erstickend. Erreicht die Konzentration acht Prozent, kann CO2 nach 30 bis 60 Minuten sogar zum Tode führen. Da jedoch die maximalen Füllmengen gesetzlich vorgeschrieben sind (0,07kg/m3 nach DIN EN 378), kann in einem Havariefall eine CO2-Konzentration von 4 Prozent nicht überschritten werden – selbst dann, wenn sämtliches CO2 aus einer Anlage austritt.


Wegen seines Vorkommens in der Natur zählt CO2 zu den natürlichen Kältemitteln. Hier entsteht es bei vielen natürlichen Prozessen wie etwa bei der alkoholischen Gärung oder auch bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdöl. Neben seiner Verwendung als Kältemittel wird es in der Industrie als komprimiertes Druckgas in Spraydosen eingesetzt, bei der Schaumstoffherstellung und als Feuerlöschmittel.

Die Tatsache, dass CO2 einerseits nur über ein niedriges Treibhauspotenzial verfügt, andererseits im Rahmen des Klimaschutzes aber immer wieder betont wird, wie wichtig die Senkung des CO2-Ausstoßes ist, scheint widersprüchlich. Dies erklärt sich dadurch, dass CO2 vor allem bei der Verbrennung von Öl und Kohle in so großen Mengen freigesetzt wird, dass es trotz seines niedrigen Treibhauspotenzials klimaschädlich wirkt. 2015 betrug der Anteil der Kohlendioxid-Emissionen an den gesamten Treibhausgas-Emissionen 87,8  Prozent. Im Verhältnis dazu ist die Menge an CO2, die als Kältemittel eingesetzt wird, verschwindend gering.

R-744: Vergessen und wiederentdeckt

Als Kältemittel wurde Kohlendioxid zum ersten Mal 1850 in einem Patent des US-Amerikaners Alexander Twinning erwähnt. In den folgenden Jahrzehnten kam CO2 vor allem in Schiffskältemaschinen, in Klimaanlagen und Lebensmittelbetrieben zum Einsatz. In den 1930er Jahren wurde es vermehrt durch Ammoniak ersetzt und geriet in Vergessenheit. Ende der 1980er Jahre wurde CO2 vom norwegischen Wissenschaftler Gustav Lorentzen als Kältemittel wiederentdeckt. Zunächst für Pkw-Klimaanlagen, wo CO2 allerdings bis heute längst nicht flächendeckend verwendet wird, danach für die Tiefkühlung im Supermarkt. 

Nicht-halogeniertes Kältemittel mit vielen Vorteilen

Die zunehmende Beliebtheit von R-744 begründet sich auf den vielen Vorteilen, die es als Kältemittel mit sich bringt: Das im Vergleich mit synthetischen Kältemitteln geringe Treibhauspotenzial. CO2 ist als natürlich vorkommender Stoff praktisch unbegrenzt verfügbar. Und da es als Nebenprodukt industrieller Prozesse anfällt, muss Kohlendioxid nicht aufwändig hergestellt werden. Zudem ist es nicht brennbar und bei Leckagen kann es bedenkenlos wieder in den natürlichen Stoffkreislauf abgegeben werden, aus dem es gewonnen wurde.

Vor- und Nachteile: Kohlendioxid als Kältemittel

  • um ein vielfaches weniger Klimaschädlich als die meisten anderen Kältemittel
  • nicht brennbar
  • preisgünstiger, natürlich vorkommender Stoff, praktisch unbegrenzt verfügbar
  • sehr hohe volumenstrombezogene Kälteleistung
  • Hochdruckkältemittel, erfordert besondere, technische Komponenten
  • kritischer Punkt bei 31°C (oberhalb dieses Wertes ist keine herkömmliche Verflüssigung möglich) 
  • bei hohen Umgebungstemperaturen wenig effizient

Kohlendioxid ist ein Nebenprodukt in diversen Industriezweigen und wird zusätzlich auch aus natürlichen Quellen gewonnen. Sein Preis ist entsprechend der hohen Verfügbarkeit sehr niedrig. Andererseits sind, zumindest auf den ersten Blick, die Investitionskosten für Anlagen kleinerer Leistung deutlich höher als für jene, die mit teilhalogenieren Fluorkohlenwasserstoffen (HFKW) funktionieren. Doch durch Fördergelder und die geringeren Betriebskosten bleibt CO2 auch aus Kostengründen attraktiv. So stellt Kohlendioxid in der Supermarktkälte, der Industriekälte und in Brauchwasserwärmepumpen für kleine Ladenformate wie Convenience Stores, Tankstellen oder Bio-Märkte eine zukunftsfähige Option dar. Ob sich ein Umstieg auf CO2 als Kältemittel lohnt und ob Ihre Anlage dafür ausgelegt ist, klären Sie am besten zusammen mit einem Fachmann. Zusätzlich ermitteln Sie mit dem praktischen Förderrechner für Investitionen in Kälte- und Klimaanlagen sofort die konkrete Höhe eines möglichen Zuschusses.

Ausgewählte stoffliche Charakteristika von R-744

Treibhauspotenzial (GWP)1
Aussehenfarbloses Gas
Geruchgeruchlos / keine Warnwirkung
Explosionsgrenzen (Vol.% in Luft)nicht brennbar
AGW / Giftigkeit5.000 ppm (3) / nicht giftig, führt ab Konzentrationen von 4 Vol.% zu Beeinträchtigungen und ab 8 Vol.% zur Bewusstlosigkeit 
HinweiseGas/Dämpfe sind schwerer als Luft und können sich in geschlossenen Räumen ansammeln, insbesondere am Boden oder in Mulden/tiefer gelegenen Bereichen.
Niedrige kritische Temperatur von 31,05 °C
Wassergefährdungsklassenicht wassergefährdend
Typische EinsatzgebieteLebensmitteleinzelhandel (alle Größen)
Industriekälte (Tiefkühlung) z. B. Lebensmittelverarbeitung
Mobile Klimatisierung
Brauchwasserwärmepumpen
AnlagenartenKaskadenanlagen (Tiefkühlung)
Transkritische Anlagen
Steckerfertige Geräte (z. B. Getränkekühler)
Kühlsole