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Reduktion von SF6 Gas durch EU Verordnung

Children playing in front of a windmill

Seit der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts wird Schwefelhexafluorid (SF6) als Ersatz für Öl als Isoliergas in elektrischen Geräten weit verbreitet eingesetzt. Einer der größten Verwendungszwecke liegt dabei heute in elektrischen Schaltanlagen. Besonders zuverlässig hat sich SF6 in solchen Anwendungen erwiesen, bei denen mit Lichtbogenüberschlägen gerechnet werden muss. Sein Einsatz hat im Laufe der Zeit kleinere, sauberere Konstruktionen und eine längere Lebensdauer der Geräte ermöglicht.

Die Sorge um die globale Erwärmung

SF6 ist aber auch ein ""Treibhausgas"" (THG). Als eine der Verbindungen, die als fluorierte Gase bekannt sind, erweist sich SF6 im Hinblick auf sein Treibhauspotenzial (Greenhouse Warming Potential, GWP) als das potenteste Treibhausgas. Diese Erkenntnis hat zu strengen Maßnahmen geführt, die die Freisetzung von SF6 in die Atmosphäre begrenzen sollen. Dazu gehören eine sorgfältige Buchführung über die Produktion und den Vertrieb von SF6 sowie seine reglementierte Verwendung.
In den Vereinigten Staaten begann die Environmental Protection Agency (EPA) 1997 mit der Untersuchung von SF6. Im Jahr 2012 führte sie das Reporting für Geräte mit einer angegebenen Füllmenge ab 8,083 kg ein. Dies hat zu einem deutlichen Rückgang der Emissionen geführt. Viele Bundesstaaten – vor allem Kalifornien, aber auch Washington, Oregon, Massachusetts und New Jersey – sind diesem Beispiel gefolgt und haben SF6-Berichtsvorschriften eingeführt und die zulässigen Emissionen gesenkt.
Bereits Mitte 2000 identifizierte das European Climate Change Programme (ECCP) die Reduzierung von SF6 als eine Schlüsselkomponente zur Erfüllung der von der EU im Rahmen des Kyoto-Protokolls eingegangenen Verpflichtungen. Zu den Plänen gehörte das letztendliche Verbot einiger F-Gase in bestimmten Anwendungen sowie die Verstärkung der Betriebskontrollen von Systemen, die diese Gase verwenden. Zudem sollten Produktions- und Import-/Export-Aktivitäten eingeschränkt werden. Diese Bemühungen wurden im Rahmen des Pariser Klimaabkommens von 2015 (COP 21) fortgesetzt. Da die nächste UN-Klimakonferenz COP 26 für November 2021 geplant ist, arbeiten viele Teilnehmerländer derzeit an Aktualisierungen ihrer Klimapläne, den so genannten National Determined Contributions (NDCs). Umweltschützer gehen davon aus, dass COP 26 einen Wendepunkt bei der Reduzierung von Treibhausgasen markieren könnte, der zu einer noch schnelleren Verschärfung der Vorschriften führen wird.

Trotz Erfolgen bleiben Herausforderungen bestehen

Große Fortschritte wurden bei der Reduzierung von Treibhausgasen in Anwendungen wie Aerosoltreibmitteln und Klimaanlagen erzielt. Beispielsweise haben die Automobilindustrie und die Hersteller von Klima- und Lüftungsgeräten über mehrere Jahre hinweg die Verwendung von FCKW-basierten Kältemitteln schrittweise eingestellt. Einige Anwendungen von SF6, wie z.B. in der Magnesiumproduktion, wurden zudem drastisch eingeschränkt. In einigen Anwendungen ist SF6 jedoch weiterhin enthalten.
So werden 85% des heute produzierten SF6 in elektrischen Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen zusammen mit anderen gasisolierten elektrischen Geräten verwendet. Dies sind sogenannte hermetisch dichte und geschlossene Systeme, in denen die Verlustrate bei unter 2 Prozent pro Jahr über dem gesamten Lebenszyklus liegt. Andere Anwendungen von SF6, bei denen sich das Gas nicht in einem geschlossenen System befindet, sind militärische, medizinische und metallurgische Anwendungen. Obwohl diese Anwendungen nur einen kleineren Teil des gesamten SF6-Verbrauchs ausmachen, ist die absolute Menge ihrer SF6-Emissionen in etwa gleich zu der Menge an SF6, die bei geschlossenen Systemen freigesetzt wird.
Aktueller Stand der Reglementierungen und mögliche Änderungen

In der EU

Die EU hat sich zum Ziel gesetzt, ihre F-Gas-Emissionen bis 2030 um zwei Drittel zu reduzieren. Ein großer Teil davon soll durch die Reduzierung von Gasen abgedeckt werden, die im Montrealer Protokoll beschrieben sind – unter anderem SF6. Zu den eingeleiteten Maßnahmen zur Reduzierung gehören die Begrenzung der Verkaufsmenge von teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen (HFC) in der EU, das Verbot der Verwendung einiger F-Gase in vielen neuen Anlagentypen und die Vermeidung von SF6-Emissionen in elektrischen Schaltanlagen durch Überwachung, Wartung und Rückgewinnung von EoL-Gas (End-of-Life).

Die SF6-Rückgewinnung ist hierbei besonders wichtig. Denn der klimaschädlichste Faktor ist die potenzielle EoL-Emission von SF6 bei rückgebauten Anlagen. Es gibt zwar europäische Vorschriften für die Handhabung und Rückgewinnung von SF6, aber die Umsetzung dieser Vorschriften ist unsicher.

Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft schätzt, dass die Entsorgung oder das Recycling von SF6 von den Marktakteuren unterschiedlich ausgeführt wird – von guter bis hin zu fahrlässiger SF6-Handhabung.  Je nachdem, ob der Schaltanlagenbesitzer ein großes Elektrizitätsversorgungsunternehmen oder ein Mitglied des stärker zersplitterten privaten Marktes ist. Für diese letzte Lebenszyklusphase schätzt das Institut folgende SF6-Leckagen:

  • Best Practice für große Versorgungsunternehmen: 1,5 Prozent
  • tatsächliche Leckagen: beste Schätzung 10 Prozent
  • schlimmster Fall: 40 Prozent

Nur eine stärkere Regulierung der Stilllegung von SF6-Anlagen und/oder die Durchsetzung der bestehenden Politik kann dieses Problem lösen.

In den USA

In Kalifornien wird diese Art von Vorschriften durch das Air Resources Board (ARB) des Bundesstaates erlassen. Derzeit ist ein Ausstiegszeitplan in Kraft, der zunehmend strengere Grenzwerte für die zulässigen SF6-Emissionsraten vorsieht. Laut diesem Plan liegt die zulässige Emissionsrate für 2020 bei nur noch einem Prozent. Insgesamt ist ein schrittweiser Ausstieg aus der Verwendung von SF6 bis 2030 vorgesehen, der sich an der jeweiligen Nennspannung entsprechender Geräte orientiert. So dürfen Geräte mit einer Nennspannung von 72 kV oder weniger bereits ab Ende 2024 kein SF6 mehr enthalten. Für Geräte mit höherer Spannung gilt das SF6-Verbot dann sukzessive ab Ende 2026 und 2028 – entsprechend ihrer Nennspannung. Geräte mit der höchsten Nennspannung von 550 kV dürfen dann ab 31.  Dezember 2030 kein SF6 mehr verwenden.

Zukünftige Grenzwerte für die SF6-Produktion

Die meisten Vorschriften, die sich auf die Verwendung von SF6 auswirken werden, betreffen die chemisch ähnliche Familie fluorierter Gase, die allgemein als "F-Gase" bezeichnet werden. Dazu gehören teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFC), die relativ kurzlebig sind, und perfluorierte Kohlenwasserstoffe (PFC), die viele Jahre lang in der Atmosphäre verbleiben können. Sowohl HFCs als auch PFCs sind bereits weitgehend durch umweltfreundlichere Alternativen ersetzt worden. Daher werden sich die immer strenger werdenden Vorschriften für F-Gase zunehmend auf SF6 auswirken.

Alternative Technologien verändern das Spiel

Die regulatorischen Aktivitäten bezüglich der Verwendung von SF6 haben in den letzten Jahren weiter zugenommen, vor allem in Kalifornien und der Europäischen Union (EU). Diese Vorschriften haben meist Ausnahmen für die weitere Verwendung von SF6 in Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen gewährt, weil es keine alternativen Technologien gab. Hersteller, die langfristig denken, haben jedoch an der Entwicklung nachhaltigerer Alternativen zur SF6-basierten Technologie gearbeitet, und mehrere bieten jetzt kreative neue Ansätze für die Konstruktion, den Betrieb und die Wartung von Schaltanlagen an. Da sich diese neuen Technologien in Feldversuchen bewährt haben, zeigen sowohl die EU als auch Kalifornien eine zunehmende Bereitschaft, die Produktion und den Einsatz von SF6 weiter zu reduzieren. Was beispielsweise SF6 in Mittelspannungsschaltanlagen betrifft, so prüft die Europäische Kommission derzeit die Machbarkeit alternativer SF6-Technologien, die den Ersatz dieses Treibhausgases ermöglichen.
Die neuen Technologien unterscheiden sich je nach Hersteller, wobei einige sich darauf konzentrieren, das Treibhauspotenzial mit Hilfe alternativer Gase zu reduzieren. Bestimmte Gerätehersteller, darunter Schneider Electric, haben sich dafür entschieden, die Unsicherheiten im Zusammenhang mit neuen und unerprobten alternativen Gasen ganz zu vermeiden und stattdessen reine Luft für diesen grünen Übergang zu verwenden. Dieser luftbasierte Ansatz ist nicht nur sicher für die Menschen und den Planeten, sondern reduziert auch zukünftige regulatorische Risiken. Die neue nachhaltige und digitale Schaltanlage SM AirSeT wurde bereits auf der Hannover Messe 2020 mit dem Industrial Efficiency Award ausgezeichnet und erhielt Anfang dieses Jahres den renommierten iF Design Award.

Um mehr darüber zu erfahren, was Schneider Electric unternimmt, um die Elektroverteilungsindustrie und die Energieverbraucher beim Übergang zu einer nachhaltigeren Energieversorgung zu unterstützen, besuchen Sie unsere Seite SF6-freie Mittelspannungs-Schaltanlagentechnologie.
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