Kapitel 2: Wie die Physik die Chemie besiegte

Sergio Girotto

Während die Chemieunternehmen fieberhaft nach einem neuen „Wundermolekül“ suchten, zeigte uns die Thermodynamik mit ihren alten, unverrückbaren Gesetzen den Weg nach Hause. 1995 hatte die NIST-Forschung (durchgeführt von McLinden und Domanski) das Todesurteil gesprochen: Die atomaren Kombinationen für sichere und effiziente künstliche Kältemittel waren ausgeschöpft. Die „chemische Lösung“ hatte kapituliert, und es war an der Zeit, dass die Physik das Steuer übernahm. Die Wahl fiel auf Kohlendioxid (R744), das jedoch auf eine erschreckende physikalische Grenze stieß: seine niedrige kritische Temperatur von 31,1 °C.

In Trondheim hatte Professor Lorentzen den Weg aufgezeigt, diese Grenze zu überwinden. Er stellte die Theorie auf, dass CO₂ oberhalb dieser Temperatur nicht wie herkömmliche Fluide zur Kondensation gezwungen werden sollte. Stattdessen trat es in einen „transkritischen“ Zustand ein, ein dichtes, rastloses Gas.

Der energetische Ertrag war erstaunlich und die Wärmeübertragungseigenschaften hervorragend. Das Ergebnis war jedoch furchteinflößend: Betriebsdrücke von bis zu 120 bar, verglichen mit den gewohnten 15 bis 20 bar.

Phase Diagram of CO2

1995 war dies fast wie ein Sprung ins Leere, denn es gab weder Verdichter noch Ventile, die einem solchen Druck standhalten konnten. Aber wie Sie vielleicht wissen, ist Handwerkskunst hier in Italien eine Form hartnäckiger Poesie. Aus einem festen Handschlag zwischen Costan und Officine Mario Dorin entstand 1996 der weltweit erste Prototyp eines halbhermetischen Verdichters für transkritisches CO₂.

Unsere Tests waren heldenhaft. Wir betrieben die Maschinen im Freien unter offenem Himmel, denn kein Testraum könnte eine Explosion mit 120 bar sicher eindämmen. Wir bauten Gaskühler von Hand, „borgten“ uns Hochdruckventile von Hydraulikbaggern und optimierten Schlamm und Wind ausgesetzt, die Schmierung.

Erstaunlicherweise funktionierte es. Das Herz begann zu schlagen, der Verdichter brüllte auf und die Maschine erzeugte Kälte.

Obwohl 1996 die einzige verfügbare Komponente der Verdichter war, bestätigten wir, dass die Verwendung von CO₂ kein grundsätzliches Problem darstellte, sondern lediglich eine technologische Frage der Druckbeherrschung und Regelung. Sobald dies gemeistert war, kehrten wir zur natürlichen Kälte zurück und bewiesen endgültig, dass hoher Druck kein Todesurteil, sondern lediglich ein technisches Rätsel war.