Welke wet- en regelgeving geldt bij het implementeren van natuurlijke koudemiddelen in warmtepompen en wat is het effect op het energetisch rendement? Die vragen en meer werden beantwoord in een webinar van TKI Urban Energy op 5 mei jl., met onder meer een rapportpresentatie voor toepassingsmogelijkheden voor natuurlijke koudemiddelen in warmtepompen.

Het is aan Robert Jan van Egmond, programmamanager Duurzame Warmte & Koude, om de meeting af te trappen en het belang van het onderwerp, natuurlijke koudemiddelen in warmtepompen, aan te kaarten. “We hadden behoefte om de potentie en karakteristieken van natuurlijke koudemiddelen in kaart te brengen”, geeft hij aan. “We wilden weten wat de eigenschappen zijn van de verschillende middelen en waar de grootste kansen liggen bij het verduurzamen van de gebouwde omgeving. Het conceptrapport is inmiddels becommentarieerd door verschillende experts, maar ook tijdens dit webinar kunnen er nieuwe inzichten aan het licht komen.” Van Egmond legt dan ook de nadruk op actieve deelname. “Laat vooral horen wat je ervan vindt, zodat we hiermee verder kunnen.”

Geschiedenisles

Charles Geelen van Infinitus neemt samen met René van Gerwen van Entropycs het woord en vertelt de meer dan 100 deelnemers over het uitgevoerde onderzoek. Geelen: “We richtten ons op de gebouwde omgeving met het onderzoek, zowel voor woningbouw als de utiliteit. Het onderzoek laat onder andere zien wat de eigenschappen zijn van propaan, CO₂ en NH₃ [ammoniak, red.].” Voordat de uitkomsten onthuld worden, geeft Van Gerwen een korte geschiedenisles. Hoe zag de toepassing van koudemiddelen er in het verleden uit? “We kijken naar 1900, een dynamische tijd met veel technologische ontwikkelingen. Er werd toen nog gebruikgemaakt van giftige en brandbare stoffen en daar gebeurden ongelukken mee.”

Volgende stap(pen)

Het borgen van de veiligheid leek in de volgende decennia een logische volgende stap. “In Amerika kwam geleidelijk de chemie op. Tot eind jaren ’70 en begin jaren ’80 werd zorg geuit over de afbraak van de ozonlaag. Dat leidde tot een wereldwijde gezamenlijke actie.” We maken vervolgens een sprongetje naar de 21^ste eeuw. “In 2006 kwam de Europese F-gassen verordening, met een reductiedoel van broeikasgassen in 2021 van 70%, ten opzichte van het niveau in 1990. Bijna tien jaar later, in 2014, kwam er een aangescherpte versie en vanaf 2015 worden HFK’s [niet-brandbare en niet-toxische koudemiddelen, red.] met een hoog Global Warming Potential (GWP, aardopwarmingsvermogen), uitgefaseerd. De vierde generatie koudemiddelen komt vanaf 2010 op, HFK’s met een dubbele chemische binding.”

De urgentie voor het uitfaseren is te proeven, niet alleen in de verordening maar ook in de EU-klimaatwetgeving. Die beoogt de afbouw van F-gassen met een hoge GWP. “In 2030 mag één vijfde op de markt worden gebracht ten opzichte van de basislijn, het gemiddelde van 2009 – 2012.” Welke alternatieven zijn er anno 2021 om de wettelijke eisen in te vullen en duurzaam te bouwen? Van Gerwen laat een tabel zien met verschillende middelen in groepen verdeeld, in een stoplichtconstructie. “Van synthetisch naar natuurlijk [zie afbeelding, red.]. Rood en oranje worden afgebouwd vanwege onder andere het GWP en licht- en donkergroen zijn gangbare alternatieven.”

Prestaties: natuurlijk versus synthetisch

Het onderzoek laat zien hoe de natuurlijke koudemiddelen presteren ten opzichte van synthetische. Geelen: “De trend is vrijwel identiek bij ieder koudemiddel en brontemperatuur. Bij de natuurlijke koudemiddelen is de COP [Coëfficiënt of performance, red.] minstens zo hoog als bij de synthetische koudemiddelen. De verschillen zijn klein, maar niet helemaal te verwaarlozen.” De grootste verschillen in COP zijn zichtbaar in een specifieke categorie koudemiddelen.” Als je R40C bijvoorbeeld met propaan vergelijkt, dan zie je een verschil in COP van 10 – 15%^. Bij R410A en propaan wordt dat verschil kleiner, 5 – 10%. De hoogste COP wordt gehaald met R134a, Laag-GWP synthetische KM (R1234yf/ze(E), en natuurlijk koudemiddel R600a aan de top.”

Vervolgens komen de energieprestaties van natuurlijke koudemiddelen versus synthetische naar voren. “Die zijn vergelijkbaar of zelfs marginaal beter.” Tot slot krijgt de TEWI-berekening [Total Equivalent Warming Impact, vergelijking directe en indirecte bijdrage koudemiddel voor totale broeikaseffect, red.] de aandacht: zien we bij een volledige inzet van duurzame energie in de toekomst dat de uitstoot van koudemiddelen klimaateffecten veroorzaken? Geelen: “We hebben een levensduur van 20 jaar aangehouden. Bij het ontmantelen kan het koudemiddel vrijkomen, uitgedrukt in recycling (80%), en het is mogelijk dat een warmtepomp stuk gaat (2%) of geleidelijke lekkage hebt van koudemiddel.” Hij neemt de TEWI-waarde over 20 jaar met groene stroom onder de loep. “Daar blijkt dat de traditionele synthetische koudemiddelen in 20 jaar tijd relatief veel CO₂ uitstoten ten opzichte van de natuurlijke koudemiddelen.” [zie afbeelding onder, red.]

The proof is in the pudding

In de praktijk zien we al diverse toepassingen van warmtepompen met natuurlijk koudemiddel. Zo zijn BAM en Alklima / Mitsubishi Electric aan de slag om een plug & play-constructie ten behoeve van renovatie te maken. “In dit project gaan zij van R410a naar CO₂-warmtepompen. Laatstgenoemde type warmtepomp wordt ook voor horeca, zorg en klein collectief ingezet door onder andere Alklima / Mitsubishi Electric, Coolmark en Stulz. Ook voor propaan zijn er voorbeelden van partijen die hiervoor oplossingen op de markt brengen, zoals Alpha Innotec, Vaillant en NIBE energietechniek.” Van Gerwen sluit af: “De toepassing van natuurlijke koudemiddelen geeft vergelijkbare of betere prestaties ten opzichte van synthetische middelen. Dat is een belangrijke conclusie voor zowel fabrikanten als installateurs en eindgebruikers, om duurzaamheid en veiligheid te borgen.”

Meer informatie over dit thema vind je op de website van TKI Urban Energy. Interesse in het onderzoek? De registratie van het webinar vind je op YouTube.