NewsKältemittel: Neue Wege zum Ziel
Wie den Klimawandel verlangsamen und stoppen? Das ist eine Frage, die nur selten bisin die pharmazeutische Fertigung vordringt. Doch sind „klassische“ Kältemittel, die in
Gefriertrocknungsanlagen eingesetzt werden, klimaschädlich. Mit der so genannten FGase-Verordnung hat die Europäische Union bereits 2014 Weichen gestellt, die sichspätestens heute auf die Konzeption von Gefriertrocknungsanlagen auswirken. Optima
bietet Lösungen.
Kältemittel wie das R404A sind als klimaschädlich bekannt. Darüber gibt das „Global Warming
Potential“, kurz GWP, Auskunft. Das über Jahre vielfach eingesetzte R404A weist beispielsweise einenhohen GWP-Wert von 3922 auf.
Ein generelles Nachfüllverbot ab 2020 für Kältemittel mit einem GWP größer 2.500 wurde zuletzt mit
Ausnahmen versehen, die u. a. für Gefriertrocknungsanlagen gelten (Annex III vom 1. Januar 2020).
Dennoch erwarten Experten, dass deren Produktion zurückgefahren wird und Mittel wie das R404A sichmassiv verteuern werden. Denn für die meisten Anwendungen bleibt das Verbot bestehen. Einmalabgesehen vom Klimaschutzgedanken werden diese Kältemittel mittel- bis langfristig auch aus
wirtschaftlicher Sicht nicht mehr sinnvoll einsetzbar sein.

Die Alternativen
Die chemische Industrie forscht intensiv an Alternativen zu den klimaschädlichen Kältemitteln. Und siebietet Innovationen – die jedoch bis dato alle einen wesentlichen Nachteil aufweisen: Sie sind brennbar.
Zum Vergleich: Hier reichen die GWP-Werte von 6 (R170) bis 146 (R455A), womit sie tatsächlich den
klimafreundlichen Anforderungen entsprechen. Um diese Kältemittel gefahrlos einsetzen zu können,müssen die Gefriertrocknungsanlagen jedoch spezifisch konzipiert sein. Die Lösung besteht hier in einem
Sekundärkreislauf für den Eiskondensator (siehe Schaubild).

Separate refrigeration
systemFreeze dryer ice condenser

Secondary circuit for the ice
condenser cooling
Indirekte Kühlung des Eiskondensators: Brennbare Kältemittel befinden sich in der Kälteanlage. Diesekühlt das Silikonöl, das durch die Kühlschlangen des Eiskondensators fließt. Die Kühlschlangen imEiskondensator müssen darauf ausgelegt sein.
Des Weiteren existieren nicht brennbare Kältemittel, die der EU-Regularie entsprechen und einen GWPWert von unter 2.500 aufweisen. Dazu zählt beispielsweise das R410A mit einem GWP von 2088. AllerVoraussicht nach wird dieses mittelfristig, zumindest etwa weitere zehn Jahre, verfügbar sein. R448A,
das ebenfalls nicht brennbar ist und voraussichtlich noch längerfristig verfügbar sein wird, hat einen
GWP-Wert von 1387. In Hinblick auf den Klimaschutz sind diese Kältemittel gegenüber den„Vorgängern“ ein Fortschritt, jedoch keine Lösung. Wer sich ganz dem Klimaschutz verschreibt, kommt
also in absehbarer Zeit nicht an brennbaren Kältemitteln vorbei.

Beratung und Konzeption
Inzwischen stehen diverse Wege offen, um dem Anlagenbetreiber eine individuell passende Lösung
bieten zu können. Sogar bei vorhandenen Gefriertrocknungssystemen kann es, je nach Lebenserwartungund weiteren Kriterien, sinnvoll sein, über eine Nachrüstung nachzudenken. Erste Einblicke in dieverschiedenen Lösungsansätze bietet die folgende Übersicht:- LN2-Kältemittel: Diese seit Jahren bekannte und technisch bewährte Lösung ist in Hinblick auf die FGase-Verordnung zukunftssicher. Die Investitionskosten, bezogen auf das Kältesystem, sind hiergünstiger im Vergleich zu den nachfolgenden Lösungen, die Verbrauchskosten dagegen höher, umso
häufiger die Anlage eingesetzt wird. Gefriertrocknungsanlagen mit LN2-Kältemitteln müssen daher zum
Einsatzszenario des Betreibers passen. Diese Lösung eignet sich für neue Projekte. Doch auchbestehende Anlagen für klimaschädliche Kältemittel könnten mit wenig Aufwand auf ein LN2-Systemumgerüstet werden.
- Für den Einsatz von voraussichtlich mittelfristig verfügbaren Kältemitteln wie R410A und längerfristig
verfügbaren Kältemitteln wie R448A: Beide sind nicht brennbar, jedoch auch nicht umfassend
klimafreundlich:
Zwei Varianten sind dafür denkbar; die direkte sowie die indirekte Kühlung des Eiskondensators. Bei
indirekter Kühlung des Eiskondensators ist das System aus technischer Sicht zukunftssicher. Hier wird
das Kältesystem mit indirekter Kühlung des Eiskondensators konzipiert. Indem das Kältesystemnachträglich ersetzt wird, können (später) auch brennbare Kältemittel eingesetzt werden.

Bei direkter Kühlung des Eiskondensators – die „klassische“ Bauweise – ist heute noch nicht absehbar,
ob in Zukunft konstruktive Änderungen am Eiskondensator erforderlich sein werden, um die F-GaseVerordnung dauerhaft erfüllen zu können. Zunächst sind bei dieser Lösung die Investitionskosten
niedriger als bei o. g. Lösung. Eine nachträgliche Umrüstung wäre jedoch technisch komplex oder unterUmständen sogar technisch unmöglich. Sollte eine Nachrüstung des Eiskondensators erforderlich undtechnisch möglich sein, wird die Investition insgesamt höher ausfallen als bei einer indirekten Kühlung
des Eiskondensators, die sofort realisiert wird. Die Betriebskosten liegen bei beiden Varianten höher (ca.
+10 bis +30 %) als bei klassischen Gefriertrocknungsanlagen.
- Lösungen für brennbare, umweltfreundliche Kältemittel: Es ist nicht ausgeschlossen, dass die
chemische Industrie noch den Königsweg findet, was in diesem Fall nichtbrennbare und zugleich
vollständig klimafreundliche Kältemittel beinhaltet. Wer sich darauf nicht verlässt und heute schon eineumfassend zukunftssichere, umweltfreundliche Variante vorzieht, der wird zusätzlich seine Kälteanlage
beispielsweise als Kaskadensystem konzipieren. Zudem ist auch hier die indirekte Kühlung desEiskondensators über einen zweiten Kreislauf auszuführen. Die Investitionskosten liegen über denen derklassischen Gefriertrocknungsanlage (bis zu +40 %). Die Betriebskosten sind ebenfalls höher (ca. +30%).

Weniger Energieeinsatz: neue Kälteanlage
Bei der Ausgestaltung der Kältesysteme gibt es wiederum Varianten, die den spezifischen
Anwenderbedürfnissen bestmöglich entsprechen können, darunter auch aktuelle Innovationen.
Erstmals bietet Optima eigenentwickelte Kälteanlagen an, die speziell auf den Einsatz von brennbaren,
klimafreundlichen Kältemitteln als Kaskadensysteme ausgelegt sind. Eine weitere neue Variante ist das
System von Mirai, das Luft als „Kältemittel“ einsetzt.
Systembedingt ergeben sich hier Unterschiede in der Leistung und Effizienz. Die Kühlkapazität für die
Aufstellflächen und den Eiskondensator liegen beim Luftsystem beispielsweise bei bis zu 50 kW pro
Modul. Das Optima Kältesystem Modul 4 bietet bis zu 37 kW und das Optima Modul 5 bis zu 74 kW proModul, beide jeweils für brennbare Kältemittel. Die Effizienz der Kälteerzeugung für die primäre
Trocknung (als das Verhältnis von Kühlkapazität zur erforderlichen Leistungsaufnahme) sollte ebenfalls
im Auge behalten werden. Hier weisen die beiden Optima Module im Vergleich zu anderen Systemensehr gute Werte auf. Nicht zuletzt sind die Investitionskosten von Bedeutung.
Es zeigt sich zudem, dass der Energiebedarf bei den neuen Optima Systemen sowie bei den
Luftkältemaschinen mit dem Einsatz von Frequenzumrichtern massiv gesenkt werden konnte. Hier wird
nur noch der tatsächlich erforderliche Energiebedarf abgerufen, der je nach Phase desGefriertrocknungsprozesses erheblich variiert. Auch die Genauigkeit der erzielten Temperatur wurde
damit wesentlich verbessert. Diese liegt bei weniger als ±1 K im Bereich der Stellplattentemperatur.

Entscheidend: die richtige Technik – und die gute Beratung
Weitere Faktoren sind wesentlich: Die Kältemittel wirken sich auf die Kühlleistung der jeweiligen
Technik aus. In Relation zum traditionellen Kältemittel R404A (100 Prozent) erreichen die alternativen
Kältemittel Werte von 64 bis 149 Prozent (jeweils bei Verwendung eines Hubkolbenverdichters). Wer
den finanziellen Aufwand nicht scheut, dem steht mit dem Einsatz von Luftkältemaschinen eine
zusätzliche Variante offen, um die erforderliche Kühlkapazität zu erzielen.
In der Konzeption von Gefriertrocknungsanlagen gelten mit der F-Gase-Verordnung neue
Rahmenbedingungen. Dieser Situation trägt Optima mit unterschiedlichen Anlagenkonzeptionen
Rechnung. Die eine beste Lösung existiert nicht, doch ist Optima mit den genannten Varianten auf dieneue Situation bestens vorbereit. In enger Zusammenarbeit mit dem Anwender und unter intensiver
Beratung entstehen perfekte Lösungen dafür.

Für Sie entscheidend- Aus Umweltschutzgründen, bald auch aus wirtschaftlichen Gründen: Klassische Kälteschutzmittel
werden in absehbarer Zeit nicht mehr sinnvoll einsetzbar sein.
- Alternative Kälteschutzmittel sind entweder nicht 100 % klimafreundlich oder brennbar. Auch fürbrennbare Mittel sind technische Lösungen verfügbar. Diese bieten eine sichere Langzeitperspektive.
- In die Beratung und Konzeption fließen unterschiedlichste Aspekte ein: erforderliche Kühlleistung,Effizienz der Systeme, Auswirkungen auf die Sublimationsrate u. v. m.
- Neue Kälteanlagen von Optima sind besonders energieeffizient aufgebaut und erreichen die
definierten Temperaturen im Eiskondensator und in den Aufstellflächen äußerst präzise.