Warum es Zeit ist, die alte Klimaanlage neu zu gestalten

Es hat jedoch unser Leben verändert und es dem Menschen ermöglicht, an Orten zu gedeihen, an denen Hitze das Leben sonst unerträglich machen würde. Die Klimatisierung ist auch für Unternehmen und Technologien von entscheidender Bedeutung, die auf kontrollierte Temperaturen und Luftfeuchtigkeit angewiesen sind, z. B. die Internet-Server, die diese Geschichte an Ihr Gerät senden.

Aber das alles hat seinen Preis: Die Kühlung unserer Luft ist laut dem für 10% des Stromverbrauchs des Planeten verantwortlich Internationale Energieagentur. Und während sich die Welt erwärmt, wird die Nachfrage nach Klimaanlagen nur noch zunehmen, insbesondere in Entwicklungsländern. Dies wiederum erhöht die Auswirkungen von Kühlgeräten auf das Klima, erwärmt die Erde weiter und schafft einen Teufelskreis.

Die derzeitige Technologie ist nicht nachhaltig. Aus diesem Grund hat eine neue Koalition – angeführt von der indischen Regierung und dem amerikanischen Rocky Mountain Institute (RMI), einer gemeinnützigen Umweltforschungsorganisation – den Global Cooling Prize ins Leben gerufen, einen Betrag von 1 Million US-Dollar Wettbewerb um die Entwicklung der nächsten Generation von Luftkühlsystemen.

"Die erste Haushaltsklimaanlage wurde 1926 von Willis Carrier auf den Markt gebracht, der längst tot ist", sagte RMIs Geschäftsführer Iain Campbell in einem Telefoninterview. "Wenn wir ihn wieder zum Leben erwecken und ihm das heutige Klimaprodukt zeigen würden, würde er nicht nur wissen, was es ist, er könnte Ihnen auch sagen, wie es funktioniert."

Heute sind 1,2 Milliarden Raumklimageräte installiert, aber laut einem RMI wird diese Zahl bis 2050 auf 4,5 Milliarden steigen Bericht. "Die Auswirkungen auf die Stromnachfrage werden enorm sein", sagte Campbell, der den Bericht mitverfasst hat. "Das Dilemma ist, dass es mit Umweltkosten verbunden ist, die wir uns nicht leisten können. Es ist eine Art Klimabedrohung, die man im Rückspiegel nicht viel sieht, aber wenn man sich ansieht, was vor Ihnen liegt, ist es massiv."

Das Globaler Kühlpreis legt spezifische Richtlinien für Teilnehmer fest, die mit der Entwicklung einer Kühllösung beauftragt wurden, die fünfmal weniger Auswirkungen auf das Klima hat als die heute beliebten, was bedeutet, dass sie dazu beitragen können, den Umweltauswirkungen des erwarteten Nachfragewachstums entgegenzuwirken.

Um diese verbesserte Effizienz zu ermöglichen, durften die vorgeschlagenen Konstruktionen teurer sein als derzeitige Klimaanlagen (wenn auch nicht mehr als doppelt so viel). Der höhere Preis würde dann theoretisch durch günstigere Betriebskosten ausgeglichen. "Wenn eine Technologie doppelt so teuer ist und ein Viertel des Stroms verbraucht, beträgt die einfache Amortisation etwa zweieinhalb Jahre", erklärte Campbell.

Die Teilnehmer mussten sieben zusätzliche Regeln einhalten, von denen die meisten darauf abzielten, das zu verhindern, was Campbell als "unbeabsichtigte Konsequenzen" bezeichnete, wie übermäßigen Gebrauch von Wasser oder Seltenerdmineralien sowie Einschränkungen bei der Verbrennung und Isolierung von Kraftstoff.

Die Preisrichter haben acht Finalisten in die engere Wahl gezogen, die nun funktionierende Prototypen bauen werden, die sowohl in einem Labor als auch unter realen Bedingungen in einem Wohnblock in Delhi getestet werden. "Wir werden auf dem Höhepunkt des Sommers in Delhi einen 60-Tage-Test durchführen", sagte Campbell. "Indien wird in den nächsten 30 Jahren der größte Markt für Kühlung sein und von heute unter 14 Millionen Klimaanlagen auf (fast) eine Milliarde bis 2050 steigen. Dazu müssten sie die Größe ihres Stromversorgungssystems verdoppeln."

Der Wettbewerb zog über 2.100 Teilnehmer aus 95 Ländern an. Aus einer langen Liste von 139 Teams erhielten acht Finalisten 200.000 US-Dollar, um Prototypen zu entwickeln und sie im Sommer 2020 zum Testen nach Indien zu schicken.

Drei der acht Finalisten kommen aus Indien, drei aus den USA und je einer aus Großbritannien und China. "Wir haben drei große Hersteller, eine Universität mit einer sehr fortschrittlichen Technologie und dann vier kleinere Unternehmen, die von außerhalb der Branche mit einigen sehr neuartigen und unterschiedlichen Ansätzen kommen", sagte Campbell.

Die vorgeschlagenen Konstruktionen verwenden eine breite Palette von Technologien, von der Dampfkompression bis zur Verdunstungskühlung. Barocal, ein Spin-out-Startup der Universität Cambridge, verwendet Festkörperkühlungstechnologien anstelle herkömmlicher flüssiger Kältemittel, die im Laufe der Zeit austreten können. In der Zwischenzeit verwendet ein Vorschlag von Kraton, einem texanischen Chemieingenieurunternehmen, einfach Wasser und verzichtet vollständig auf die mechanische Hauptkomponente von Klimaanlagen, den Kompressor, um das Design skalierbarer und erschwinglicher zu machen.

Andere Teilnehmer konzentrierten sich auf die Einschränkungen aktueller Klimaanlagen, wie beispielsweise die mangelnde Kontrolle über Temperatur und Luftfeuchtigkeit gleichzeitig. Mit dem vom US-Startup M2 Thermal Solutions vorgeschlagenen Design können Benutzer sowohl eine bestimmte Temperatur als auch die Luftfeuchtigkeit in einem Raum einstellen.

Es ist schwer zu sagen, wie diese vorgeschlagenen neuen Maschinen aussehen werden, bevor die eigentlichen Prototypen gebaut werden, aber es ist fraglich, ob sie auch eine neue Ästhetik einführen werden, da die meisten der in die engere Wahl gezogenen Konstruktionen auf einer grundlegend anderen Technologie als herkömmliche Geräte basieren.

Der im November 2020 bekannt gegebene Gesamtsieger erhält ein Preisgeld von 1 Million US-Dollar. Hier beginnt die eigentliche Herausforderung: Die Welt davon zu überzeugen, dass herkömmliche Klimaanlagen ausgetauscht werden müssen. "Die derzeitige A / C-Branche hat einen Wert von mehr als 100 Milliarden US-Dollar und verfügt über eine gut etablierte Wertschöpfungskette – von der Herstellung über den Vertrieb bis hin zum Kundendienst", sagte Vijay Mhetar, Senior Vice President von Kraton, in einer E-Mail. "Jedes neue Design muss minimale Hindernisse für die Kundenakzeptanz aufweisen und eine ähnliche Lieferkette haben."

Laut Xavier Moya von Barocal und der University of Cambridge besteht die größte Herausforderung darin, die Menschen davon zu überzeugen, eine Klimaanlage nicht nur aufgrund ihres Preises, sondern aufgrund ihrer Leistung und ihrer Auswirkungen auf das Klima zu kaufen. "Diese Veränderung in der Wahrnehmung der Verbraucher könnte auch dadurch unterstützt werden, dass der Verkauf von umweltschädlichen Designs eingestellt wird", fügte er in einer E-Mail hinzu.

Aber warum hat sich die Klimaanlage seit ihrer Erfindung im Jahr 1902 so wenig verändert? Laut Ryan Melsert, CEO der Finalisten M2 Thermal Solutions, kann dies an einer Einstellung liegen, die "außer Sicht" ist. "Diese Systeme sind überall um uns herum, in den Schränken und Kellern unserer Häuser, in den Hauswirtschaftsräumen unserer Unternehmen, unter den Motorhauben unserer Fahrzeuge", sagte er in einer E-Mail. "Aber weil sie selten gesehen werden, tolerieren Kunden diesen Mangel an Innovation."

Im letzten Jahrhundert hat die überwiegende Mehrheit der Industrieinvestitionen in die Verbilligung traditioneller Designs investiert, sagte Vijay Mhetar, obwohl das beste Modell auf dem heutigen Markt nur einen theoretischen Wirkungsgrad – das Verhältnis zwischen entfernter Wärme und verbrauchtem Strom – von 14 aufweist %. Dies ist im Vergleich zu effizienteren Technologien wie Beleuchtung und Sonnenkollektoren, die laut RMI-Bericht heute in ihren Bereichen 67% bzw. 28% erreichen, gering.

"Wir glauben, dass eine schrittweise Änderung der Leistung wahrscheinlich auf ein radikal neues Design zurückzuführen ist, das außerhalb der Branche erfunden wurde", sagte er.