Wissenschaftler zeigen große Auswirkungen der Kontrolle der Luftfeuchtigkeit auf die Treibhausgasemissionen

Laut einer Analyse von Wissenschaftlern des National Renewable Energy Laboratory und Xerox PARC wird erwartet, dass die Treibhausgasemissionen von Klimaanlagen steigen werden, da das Wirtschaftswachstum die Bemühungen zur Kontrolle von Temperatur und Luftfeuchtigkeit vorantreibt.

Die Forschung, die die Umweltauswirkungen der Kontrolle der Luftfeuchtigkeit untersucht, erscheint in der Zeitschrift Joule als „Einfluss der Feuchtigkeit auf die Treibhausgasemissionen von Klimaanlagen“. Während die Energie, die zum Betrieb von Klimaanlagen verwendet wird, klare Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen hat, sind die Auswirkungen der Entfernung von Feuchtigkeit aus der Luft bisher einer eingehenden Untersuchung entgangen. Die Forscher zeigten, dass die Steuerung der Luftfeuchtigkeit für etwa die Hälfte der energiebedingten Emissionen verantwortlich ist, die andere Hälfte auf die Steuerung der Temperatur.

„Es ist ein herausforderndes Problem, das die Menschen nicht gelöst haben, seit Klimaanlagen vor mehr als einem halben Jahrhundert alltäglich geworden sind“, sagte Jason Woods, leitender Forschungsingenieur des NREL und Mitautor der neuen Studie. Seine Co-Autoren von NREL sind Nelson James, Eric Kozubal und Eric Bonnema. Die Mitarbeiter von Xerox PARC, einem Forschungs- und Entwicklungsunternehmen, das daran arbeitet, Feuchtigkeit effizienter aus der Luft zu entfernen, sind Kristin Brief, Liz Voeller und Jessy Rivest.

Die Forscher wiesen darauf hin, dass der zunehmende Kühlbedarf der Luft sowohl Ursache als auch Folge des Klimawandels sei.

Bereits eine geringe Menge Feuchtigkeit in der Luft kann zu Unwohlsein führen und sogar Gebäude in Form von Schimmel und Stockflecken schädigen. Darüber hinaus wirkt sich die Kontrolle der Raumfeuchtigkeit durch handelsübliche Klimaanlagen auf drei Arten auf die Umwelt aus: 1) Sie verbrauchen eine beträchtliche Menge an Strom, 2) sie verwenden Kältemittel auf FCKW-Basis mit einem Treibhauspotenzial, das 2.000-mal so stark ist wie Kohlenstoff, und lecken es aus Kohlendioxid und 3) die Herstellung und Lieferung dieser Systeme setzen ebenfalls Treibhausgase frei.

Die Forscher berechneten, dass Klimaanlagen für das Äquivalent von 1.950 Millionen Tonnen Kohlendioxid verantwortlich sind, die jährlich freigesetzt werden, oder 3,94 % der globalen Treibhausgasemissionen. Davon entfallen 531 Millionen Tonnen auf den Energieverbrauch zur Temperaturregelung und 599 Millionen Tonnen auf die Entfernung von Feuchtigkeit. Der Rest der 1.950 Millionen Tonnen Kohlendioxid stammt aus dem Austreten von Kältemitteln, die die globale Erwärmung verursachen, und aus Emissionen während der Herstellung und des Transports der Klimaanlagen. Die Steuerung der Luftfeuchtigkeit mit Klimaanlagen trägt mehr zum Klimawandel bei als die Steuerung der Temperatur. Es wird erwartet, dass sich das Problem verschlimmert, da die Verbraucher in immer mehr Ländern – insbesondere in Indien, China und Indonesien – schnell viel mehr Klimaanlagen installieren.

„Es ist eine gute und eine schlechte Sache“, sagte Woods. „Es ist gut, dass mehr Menschen von einem verbesserten Komfort profitieren können, aber es bedeutet auch, dass viel mehr Energie verbraucht wird und die CO2-Emissionen steigen.“

Um die Emissionen zu berechnen, um sowohl Temperatur als auch Feuchtigkeit zu verwalten, teilten die Forscher den Globus in ein feines Raster, das 1 Breitengrad mal 1 Längengrad misst. Innerhalb jeder Gitterzelle wurden die folgenden Merkmale berücksichtigt: Bevölkerung, Bruttoinlandsprodukt, geschätzter Besitz von Klimaanlagen pro Kopf, CO2-Intensität des Gitters und stündliches Wetter. Sie führten weltweit fast 27.000 Simulationen für repräsentative Geschäfts- und Wohngebäude durch.

Der Klimawandel beeinflusst die Umgebungstemperaturen und die Luftfeuchtigkeit rund um den Globus und macht es wärmer und feuchter. Als Teil der Studie berücksichtigten die Forscher die Auswirkungen des sich ändernden Klimas auf den Energieverbrauch von Klimaanlagen bis 2050. Die Studie prognostiziert beispielsweise einen Anstieg des Energieverbrauchs von Klimaanlagen um 14 % im heißesten untersuchten Klima (Chennai, Indien) und darüber hinaus 41 % im mildesten (Mailand, Italien) bis 2050. Der Anstieg der globalen Luftfeuchtigkeit wird voraussichtlich einen größeren Einfluss auf die Emissionen haben als der Anstieg der globalen Temperaturen.

„Wir haben die vorhandene, jahrhundertealte Technologie bereits so effizient wie möglich gemacht“, sagte Woods. „Um eine transformative Änderung der Effizienz zu erreichen, müssen wir verschiedene Ansätze ohne die Einschränkungen des bestehenden betrachten.“

Bestehende Dampfkompressionstechnologie ist optimiert, um unsere Gebäude mit einem „Dampfkompressionszyklus“ zu kühlen. Dieser Zyklus verwendet schädliche Kältemittel, um die Luft weit genug herunterzukühlen, um ihre Feuchtigkeit auszuwringen, wodurch die Luft oft zu stark gekühlt und Energie verschwendet wird. Die Verbesserung des Dampfkompressionszyklus stößt an praktische und theoretische Grenzen, was auf die Notwendigkeit hindeutet, auf eine völlig neue Art der Kühlung und Entfeuchtung von Gebäuden zu springen. Neue Technologien, die dieses Kühl- und Feuchtigkeitsregelungsproblem in zwei Prozesse aufteilen, zeigen das Potenzial, die Effizienz um 40 % oder mehr zu verbessern. Ein solcher Technologiebereich ist die Verwendung von Kühlkreisläufen auf der Basis von flüssigen Trockenmitteln, wie z. B. die vielen flüssigen Trockenmittel-Klimaanlagentechnologien, die NREL derzeit mit vielen Partnern wie Emerson und Blue Frontier entwickelt.

Die Forscher weisen darauf hin, dass die Verwendung von flüssigen Trockenmitteln die Art und Weise, wie die Feuchtigkeit kontrolliert wird, grundlegend verändert und eine theoretische Effizienzgrenze hat, die zehnmal höher ist als der Dampfkompressionszyklus allein. Eine hypothetische Technologie – bei nur der Hälfte dieses neuen Grenzwerts – würde die Kühlenergieemissionen bis 2050 um 42 % reduzieren, was einer jährlichen Vermeidung von 2.460 Millionen Tonnen Kohlendioxid entspricht.