Februari 2022
De waarheid achter koudemiddelen in 8 vragen
Global Warming Potential zegt niet alles over milieuvriendelijkheid
Een natuurlijk koudemiddel dat niet of nauwelijks bijdraagt aan opwarming van de aarde. Daarmee zou elke warmtepomp die vanaf nu de fabriek verlaat toch gevuld moeten worden? Maar dát ligt volgens Dick van Giezen even wat genuanceerder. Het bestuurslid bij de Vereniging Warmtepompen en STEK legt uit dat de Global Warming Potential eigenlijk niet zo maatgevend is voor de schadelijkheid van het systeem voor het milieu. Het is tijd voor een realistischer afweging.
1 Waarom let iedereen zo op de GWP van een koudemiddel?
‘Het makkelijke antwoord is dat dit nu eenmaal zo in de wet is geregeld. Iets uitgebreider: klimaatmaatregelen staan hoog op de agenda. Daarom worden de klassieke synthetische koudemiddelen gebaseerd op F-gas conform de Europese F-gassenverordening EG 517/2014 uitgefaseerd. Deze F-gassen hebben een broeikaseffect en houden bij vrijkomen in de atmosfeer de warmte vast. Het VN-milieuprogramma UNEP concludeerde in zijn Emissions Gap-rapport (2021) dat de temperatuur deze eeuw minstens 2,7 graden stijgt, terwijl maximaal 1,5 graad het streven is. Er wordt dus te veel warmte geproduceerd, en daar moeten we zo snel mogelijk vanaf. Hoeveel warmte een koudemiddel vasthoudt, wordt uitgedrukt in het Global Warming Potential (GWP). CO2 speelt hierin een grote rol en fungeert als maat waaraan andere stoffen worden afgemeten. CO2 (R744), heeft als referentie een GWP van 1. Maar kijk eens naar de GWP van een aantal toegepaste koudemiddelen (bron: EN 378-1:2016 Annex E). R507A = GWP 3.985, R410A = GWP 2.088, R134A = GWP 1.430, en R32 = 675. Gezien de hoge GWP-waarden geen goed nieuws voor het milieu zo lijkt het, maar als je alleen focust op GWP, dan doen we ons vakgebied te kort.’
2 Wat valt er tegen het gebruik van het GWP als maat voor milieuvervuiling in te brengen?
‘De P staat voor ‘potentieel’. Koudemiddel is pas écht schadelijk als het in contact komt met de buitenlucht. In een normale bedrijfsvoering gebeurt dat niet. En aan het einde van de levenscyclus worden warmtepompen gecontroleerd verwerkt, waarbij het koudemiddel veilig wordt uitgepompt. Dus eigenlijk is de GWP een fictief getal. Ik wil daarom ook nadrukkelijk wijzen op het energieverbruik. Negentig tot vijfennegentig procent van de milieubelasting van een warmtepomp komt vanuit de elektrische energie die wordt gebruikt om de warmtepomp te laten draaien. Die elektriciteit wordt in Nederland voor een groot gedeelte geproduceerd door kolen- en gasgestookte installaties. Het kan dus best zijn dat een koudemiddel met een hoge GWP, maar met een lager energieverbruik een veel beter rendement oplevert. Het is ook om die reden dat een land als Luxemburg een TEWI-berekening eist, de Total Equivalent Warming Impact. Dit is de som van de directe GWP (lekken en latere recycling) en de indirecte effecten van het totaal energiegebruik, gemeten over de levensduur van de installatie. Een TEW-berekening is dus veel realistischer om de milieubelasting van warmtepompen te bepalen en te kunnen vergelijken.’
3 Maar een natuurlijk koudemiddel legt toch de basis voor een gunstige TEWI?
‘Ja, maar behalve synthetische koudemiddelen zijn er ook natuurlijke koudemiddelen. CO2 is al genoemd, met een GWP van 1. Daarnaast zijn er koolwaterstoffen (zoals propaan R290, isobutaan R600a, propyleen R1270) met een lage GWP-score van 2 tot 6. Koploper in een lage GWP is veruit ammoniak (GWP 0), maar dan komt de veiligheidsklasse om de hoek kijken. Propaan is extreem brandbaar terwijl ammoniak zeer giftig is. CO2 heeft daarom de sterkste troeven in handen: naast een GWP van 1 zit het middel ook nog in de lichtste veiligheidsklasse.’
4 Alle warmtepompfabrikanten moeten dus vanaf nu vol inzetten op kooldioxide?
‘Dat is wederom te kort door de bocht. Om al te snelle conclusies te temperen, refereer ik aan de delicate balans van GWP en rendement. In Nederland verwachten we van een warmtepomp water met een temperatuur van 60, 70, of zelfs 80 graden. Zodat bijvoorbeeld de bestaande hogetemperatuurradiatoren kunnen blijven hangen. Als de temperatuur van het aangevoerde water pakweg 12 graden is, dan lukt het opwaarderen alleen met een koudemiddel op basis van CO2. Maar is het temperatuurverschil veel kleiner, bijvoorbeeld van 40 naar 60 graden, dan wordt het rendement dertig procent slechter tegen een twee keer zo hoge prijs ten opzichte van het meest ideale alternatieve synthetische koudemiddel. En, zoals gezegd, het rendement heeft de allergrootste invloed op de duurzaamheid.’
De GWP-waarden van een aantal veel toegepaste koudemiddelen
5 Is er dan wel één allesomvattende ideale oplossing?
‘Je bent pas goed bezig als er een optimum wordt bereikt tussen prijs, veiligheid, ozonaantasting, GWP en efficiëntie. En het lastige is, dat optimum verschilt per situatie. Zo kan propaan in kleinere residentiële toepassingen ideaal zijn; betaalbaar, slechts in geringe volumes toegepast en een gunstige GWP. Prima voor installaties van 2, 3 of 5 kW, maar voor installaties vanaf 12 kW wordt propaan al weer minder voor de hand liggend. De supermarktbranche heeft daarentegen CO2 omarmd. CO2-warmtepompen zijn weliswaar duurder in aanschaf, mede vanwege de ingewikkelde technologie, maar als ze er eenmaal staan, leveren die systemen elke dag voordeel op in energiegebruik. Bovendien worden dit soort installaties veelal in magazijnen geplaatst, waar heftrucks nogal eens tegenaan rijden met lekkage tot gevolg. De economie zorgt dan voor een simpel sommetje, waarbij CO2 ten opzichte van ander koudemiddel wel 20- tot 30 duizend euro per reparatie bespaart. Bij de grote industrie met aanzienlijke koel- en vriesprocessen moet je juist weer naar ammoniak, en dat kan weer niet in een congrescentrum.’
6 Dus met de TEWI van een systeem maak je uiteindelijk de eerlijkste vergelijking?
‘Naast regelgeving op koudemiddel is er ook regelgeving op energiegebruik. De ErP-richtlijn (Energy related Products) stuurt onder meer aan op wettelijke verlaging van het energiegebruik. Indirect gaan we dus wel al richting de TEWI als indicator voor de milieuvriendelijkheid van een systeem. Als je zowel GWP als ErP toepast, leidt dat uiteindelijk tot de hoogste duurzaamheid. Overigens, waar de ErP streng voorschrijft, laat de GWP meer ruimte dankzij algemene quota in CO2-/GWP-equivalenten per leverancier. Overdreven gezegd is het aan de fabrikant of hij binnen zijn quotum honderd warmtepompen produceert met een hoge GWP, of duizend met een GWP die slechts een tiende is. De gedachte achter dit mechanisme is dat de sector op die manier vanzelf op zoek gaat naar koudemiddelen met een lage GWP, om op die manier maximale aantallen te kunnen produceren. Dat zagen we al gebeuren bij het verschijnen op de markt van R32. Dat koudemiddel heeft een aanzienlijk betere energie-efficiëntie, en die parameter heeft dus de allergrootste invloed op de duurzaamheid. Inmiddels zijn er ook koudemiddelen van de vierde generatie, de zogeheten HFO’s. Deze alternatieve koudemiddelen op basis van hydrofluoroolefins beschikken over een lage GWP. Voorbeelden zijn R1234yf (GWP 4) en R1234ze (GWP 7), beide in een lage risicoklasse.’
7 Is het ook een goed idee om bestaande warmtepompen om te bouwen?
‘Dat kan, maar als je in bestaande technologie een koudemiddel met een gunstige GWP stopt, dan doe je dat voor de bühne. Want dat koudemiddel zou de TEWI wel eens fors kunnen verlagen. Dan heb je gehandeld naar de letter van de wet, maar niet naar de geest van de wet. Fabrikanten moeten zich gaan realiseren dat zij waarschijnlijk technologie moeten gaan ontwerpen voor de nieuwe generaties koudemiddelen. Er is volgens de wetten van de thermodynamica niet méér koudemiddel nodig om hetzelfde rendement te halen, maar er kan wel invloed zijn op de dimensionering van de installatie. Concreet: wanneer je 134A (GWP 1.430) vervangt door 1234ze (GWP 7), dan maak je een enorme stap in GWP. Maar omdat de moleculen groter zijn, is er een bijna dertig procent grotere compressor nodig. Daarmee wordt de machine forser en duurder – want meer grondstoffen – voor dezelfde kilowatts. Daarmee moeten we als fabrikanten aan de slag.’
8 Wat doen fabrikanten met al deze inzichten?
‘Er staat nog genoeg op stapel. HFO-koudemiddelen vervallen bij lekkage in de omgevingslucht tot een zuur uit de PFAS-familie. Dat kan leiden tot allerlei wet- en regelgeving. Dat daagt ons uit en zorgt voor innovatie, op weg naar koudemiddelen die energetisch én in duurzaamheid nog beter presteren. Verder zijn we binnen STEK volop bezig met het ontwikkelen van nieuwe cursusmodules. Zoals voor brandbare koudemiddelen. Want kleine warmtepompen waar het brandbare propaan in zit, vallen niet onder de F-gassenregeling. Daar hoef je dus niet voor gecertificeerd te zijn en dat is wel raar natuurlijk. En bijvoorbeeld CO2 , dat heeft een enorm hoge druk. Als je daar niet goed mee omgaat knalt er iets met 120 bar uit elkaar. Daarnaast zou het goed zijn als er een Europese richtlijn komt die het GWP-quotum vervangt door een concrete waarde. Bijvoorbeeld dat in 2035 alleen warmtepompen met een GWP kleiner dan 50 of 100 zijn toegestaan. Dan is er een stip op de horizon waar iedereen naartoe kan werken.’
Tekst: Kerstin van Tiggelen
Fotografie: iStock, STEK