Kältetechnik – wichtige Branche mit Nachwuchsproblemen

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Kältetechnik hat in der Wirtschaft und Industrie eine wichtige Bedeutung. Etwa 15 % des Stromverbrauchs geht auf die Bedienung von kältetechnischen Anlagen zurück. Weit verbreitet ist die Kältetechnik in der Gastronomie und Hotellerie für die Konservierung von Lebensmitteln. Darüber hinaus dient sie der Klimatisierung von Räumen durch Klimaanlagen. Klimaanlagen sind in Asien, Amerika und Südeuropa weitverbreitet und werden im Angesicht der beginnenden Heißzeit auch in Mitteleuropa zunehmend nachgefragt.

Trotz der zentralen Bedeutung der Kältetechnik für den Wirtschaftskreislauf werden in der Branche händeringend Fachkräfte gesucht. Nach Angaben des Kompetenzzentrums Fachkräftesicherung (KOFA) aus dem Jahre 2018 herrscht deutschlandweit beim Beruf des Mechatronikers für Kältetechnik (vor 2007: Kälteanlagenbauer) der größte Fachkräftemangel vor.

Kleine Geschichte der Kältetechnik

Ein kleiner Exkurs soll die Entwicklung der Kältetechnik von den Anfängen bis heute verdeutlichen. Einen wichtigen praktischen Einblick in die Geheimnisse der Kältetechnik vermittelt ein Blick auf die Webseite eines Anbieters von Produkten und Leistungen dieses innovativen Verfahrens: Subzero-Kaelte.de.

Von den Anfängen bis zum Entwicklungsschub im 19. Jahrhundert

Die Menschen begriffen recht schnell, dass Elemente bei einem Kontakt mit einer Kältequelle abkühlen. Ihnen wird durch diesen Kontakt Wärme entzogen. Die traditionellen Kältemittel waren Wasser, Wind und Eis. Vor der Verbreitung von Kühlschränken kamen in der Gastronomie vor allem Eiskeller zum Einsatz, wo unter anderem das Bier kaltgestellt wurde.

Ab dem 19. Jahrhundert kam Bewegung in die Entwicklung der Kältetechnik, als nacheinander Verdichterkaltmaschinen, Sorptionskältemaschinen und Kaltgasmaschinen erfunden wurden. Die gleichzeitig stattfindende Entdeckung der Elektrizität verlieh der Kältetechnik einen weiteren Entwicklungsschub und förderte ihre Verbreitung in der Gesellschaft.

Als die Kältemittel nicht mehr giftig waren

Als Problem blieb allerdings, dass viele der damals verwendeten Kältemittel problematisch waren. Methylether und Quecksilber sind zum Beispiel explosiv, Propan, Butan und Propen brennbar und Diethylether, Ammoniak sowie Tetrafluorpropen giftig. Albert Einstein kommt das Verdienst zu, in seiner Berliner Zeit bis zur erzwungenen Emigration nach dem Machtantritt der Nationalsozialisten zusammen mit Leo Szilard intensiv an unbedenklichen Alternativen für die Kältemittel geforscht zu haben.

Diese Forschungen waren die Grundlage für zahlreiche Patente und nach dem Zweiten Weltkrieg verbreitete sich die Kältetechnik mit nun alternativen Kältemitteln schlagartig, indem Produkte wie Kühlschränke, Gefrierschränke und Klimaanlagen Eingang in den Massenkonsum fanden.

Herausforderung Ozonloch

Doch wenige Jahrzehnte später stellte sich heraus, dass die anstelle der Vorgängersubstanzen als Kältemittel verwendeten FCKW-Stoffe (Fluor-Chlor-Kohlen-Wasserstoffe) doch nicht der erhoffte Königsweg waren. 1974 entdeckten die Wissenschaftler Rowland und Molina die schädliche Wirkung der Stoffe auf die Ozonschicht.

Endgültig wurde die Debatte zur Vermeidung von FCKW-Stoffen als Kältemittel angestoßen, als britische Wissenschaftler 1985 den Beweis für die Hypothese von Rowland und Molina erbrachten, als sie über der Antarktis ein riesiges Ozonloch entdeckten. Ähnlich wie heute beim Treibhauseffekt als Ursache für die anthropogene Erwärmung des Weltklimas herrschten in den 1980er-Jahren apokalyptische Ängste vor, da die Beseitigung der Ozonschicht als Schutzschild der Erde ein Leben auf unserem Planeten unmöglich machen würde.

Kältemittel heute

Heute schließt sich das Ozonloch allmählich und dieser Sieg über eine große ökologische Gefahr sollte im Zeitalter der globalen Erwärmung zumindest Mut machen, dass die Menschheit durch ein gemeinsames Vorgehen auch mit existenzbedrohenden Krisen fertig werden kann. Heute wird in der Industrie auf verschiedene Kohlenwasserstoffe wie R290 und R32 gesetzt, die nicht nur unbedenklich sein sollen, sondern auch mit Blick auf ihre Funktion effizient.

Unterschieden werden sie anhand der Anzahl ihrer Kohlenstoffatome und dem Vorhandensein einer C-Doppelbindung. Weiterhin gibt es zahlreiche anorganische Kältemittel wie Wasserstoff, Helium, Neon, Argon, Schwefeldioxid, Stickstoff; organische Kältemittelgemische sowie azeotrope Kohlenwasserstoffgemische. Mit azeotrop ist gemeint, dass die aus zwei oder mehr chemischen Verbindungen bestehende Flüssigkeit eine Dampfphase beinhaltet, die dieselbe Beschaffenheit aufweist wie ihre fluide Phase.

So funktioniert die Kältetechnik

Kältegeräte basieren auf der Herstellung eines Kältekreislaufes. Dieser besteht aus einem Verdichter, Verflüssiger, Drosselorgan und Verdampfer. Das Prinzip ist, dass Kondensation einem Körper Wärme entzieht, sodass dieser kälter wird. Dabei kommt es zu einer wechselseitigen Verdampfung und Verdichtung, was diesen Kreislauf am Leben hält. Durch den Kompressor erwärmt sich das Kältemittel und durch den Kondensator erkaltet es.

Durch Pumpen oder Ventilatoren werden die Prozesse beschleunigt, um einen effizienten Temperaturrückgang herbeizuführen. Die Drossel hat als Expansionsventil die Funktion, den Druck zu senken, damit das Kältemittel weiter durch den Verdampfer fließen kann.

Einsatzgebiete der Kältetechnik

Die Kühlung von Lebensmitteln zum Zwecke der Konservierung und aromatischen Einstimmung von Lebensmitteln, die nur kalt schmecken, sowie die Klimatisierung von Innenräumen wurden als Aufgaben der Kältetechnik schon genannt. Auch in Stollen freuen sich die Kumpel, wenn es unter der Erde nicht mehr unerträglich heiß ist.

Lebensmittelkühlung und Klimatisierung sind nur die augenfälligsten Beispiele für ihre Verwendung. Kältemittel werden heute zur Kühlung von Magnetfeldsensoren für Computertomografie und Bildsensoren für Nachtsichtgeräte genutzt. Sportler profitieren von der Kältetechnik durch Eisbäder und Kühlbeutel bei der Behandlung und Regeneration, während Eislaufhallen und Skigebiete für ihren Betrieb auf Erkaltung angewiesen sind.

Die Kältetechnik kommt in der Präzisions-Chirurgie zur Geltung und kann ein tiefes Vakuum erzeugen, das wiederum ein Hilfsmittel der Forschung ist und für die Herstellung neuer Stoffe wichtige Dienste leistet, denn bei der Stoffsynthese sind die Entwickler auf Tiefsttemperaturen angewiesen. Mit der Kältetechnik ist es möglich, Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft zu extrahieren und Energieträger wie Wasserstoff und Erdgas zu kondensieren. Weitere Einsatzgebiete sind die Trinkwasserversorgung mithilfe kältetechnischer Methoden und die Herstellung von Supraleitern zur Leitung von Strom.

Fazit: mehr Zugkraft für die Kältetechnik!

Im Zuge des technologischen Fortschritts gewinnt die Kältetechnik weiter an Bedeutung und ihre Einsatzgebiete erhöhen sich fortlaufend. Besondere Hoffnungen bestehen auf dem Gebiet der Konservierung von Lebensmitteln als Beitrag gegen den Hunger in der Welt, in der Trinkwassergewinnung sowie in der Entwicklung von ökologischen und effizienten Energiequellen wie Wasserstoff, um die Klimakrise zu meistern und den globalen Wohlstand nicht zu gefährden. Der Lehrstellenmangel bei der Kältetechnik ist angesichts dieser gewaltigen Herausforderungen sehr schade. Es wird Zeit, dass die Kältetechnik in ihrer wachsenden Bedeutung in der gesellschaftlichen Breite die Resonanz erfährt, die sie verdient.

 

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