Das 7-Kräfte-Modell

Hinweise zum Gebrauch dieses Modells

Es ist notwendig, die Kräfte zu quantifizieren, um ein Gleichgewicht herzustellen und eine zeitliche Entwicklung zu ermitteln. Oft ist es sehr kompliziert, bestimmte Werte zu berechnen, und viele der Faktoren sind schwer vorherzusagen und können mit den gleichen Messgrößen möglicherweise nicht berechnet werden. Daher ist es viel effektiver, einen qualitativen Ansatz zu verwenden, wie z. B. das Modell in einem Workshop mit Firmenexperten zu verwenden und die Kräfte auf einfache Weise zu quantifizieren (z. B. Zahlen von 1 bis 3 usw.). Ein solcher Ansatz kann mehr trendbasierte Inputs liefern und vor allem eine strukturierte Diskussion erleichtern.

Kühlung und Klimaanlagen sind, vor allem in heißen Klimazonen, für das Funktionieren und die Entwicklung der Gesellschaft unerlässlich. Ernährungs- und Lebensmittelsicherheit sind starke Grundwerte, die die historische Entwicklung der Kältetechnik beflügelt haben. Die Entwicklungen in der Klimatechnik wirken sich positiv auf Produktivität und Komfort aus. Folglich haben sich im Laufe des letzten Jahrhunderts Technologien entwickelt, um diesen Bedürfnissen Rechnung zu tragen. Damals war das Risiko gegenüber dem Nutzen akzeptabel – allerdings führten Unfälle durch Leckagen von brennbaren oder giftigen Kältemitteln zur Entwicklung von „sicheren“ Kältemitteln. Mit der Einführung der FCKW und später der HFCKW wurden Sicherheitsprobleme gelöst, Umweltrisiken wurden jedoch erst in den 1970er Jahren berücksichtigt. Die schwerwiegenden Folgen einer fortgesetzten Verwendung von FCKW wurden dann offensichtlich und führten zu einer weltweiten Vereinbarung über die Abschaffung von FCKW. Die Lösung des ODS-Problems wurde durch die Entwicklung von FKW gefunden, die die Sicherheit nicht beeinträchtigten. Doch wie wir heute wissen, könnten FKW zu einer der wichtigsten Quellen der globalen Erwärmung werden, wenn nicht neue Technologien entwickelt und angewendet werden können.

Die Frage ist nun, was die Entwicklung dieser neuen Technologien antreibt, und vor allem mit welcher Geschwindigkeit. Das ideale Szenario ist eine globale Regelung, die den Rahmen für nationale Rechtsvorschriften vorgibt, die der Industrie ein klar definiertes und einheitliches Wettbewerbsumfeld bieten, sowie die Motivation, zu investieren und Produkte zu entwickeln. Das Montreal-Protokoll ist ein gutes Beispiel dafür, wie eine globale Regelung den Technologiewechsel wirksam motivieren kann. Das Kyoto-Protokoll war wegen des fehlenden globalen Engagements und eines viel komplizierteren Geltungsbereichs, der sich nur indirekt auf FKW bezog, nicht wirksam. Schließlich wurde das Montreal-Protokoll 2016 durch eine FKW-Reduktion ergänzt.

Die Industrie muss heute Produkte für viele Kältemittellösungen in jeder Anwendung entwickeln. Es ist in jedem Fall Sache der Hersteller zu entscheiden, ob (und wenn ja, welche) Produkte entwickelt werden sollen. Die Verfügbarkeit bewährter Komponenten für neue Anwendungen mit Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotential ist eine Notwendigkeit. Als Hersteller von Komponenten stand Danfoss in den letzten Jahrzehnten vor der Herausforderung, Komponenten für neue Kältemittel zu entwickeln und einzuführen. Das Szenario ist immer komplex, da es technische Herausforderungen, Sicherheitsfragen, die kontrolliert bewältigt werden müssen, und die Herausforderung der Wahl der Prioritäten und Zeitpläne in einem komplexen und unsicheren Regulierungsumfeld beinhaltet.

Innovation entsteht durch neue Gestaltungsmöglichkeiten zur Wertschöpfung. Wenn die Energiepreise sehr niedrig sind, wird es keine energieeffiziente Lösung geben, und wenn der Gesetzgeber die Entwicklung neuer Kältemittel und Systeme nicht erzwingt, wird trotz Kosten- und Logistikoptimierung nichts geschehen. Betrachtet man die Basistechnologie, so war die Kälte- und Klimatechnik viele Jahre lang eine Branche mit bescheidenen Innovationsraten. Viele Konzepte sind seit Jahrzehnten im Einsatz, wodurch Produktion und Logistik ausgereift und hoch optimiert sind. Die meisten Innovationen sind durch die Elektronik entstanden – wiederum aus Kosten- und Logistikgründen. In den letzten zehn Jahren haben sich jedoch in der Branche aufgrund der Anforderungen an Energieeffizienz und Kältemittel Funken von nicht kostengetriebenen Innovationen gebildet. Drastische Änderungen an Steuerungen und Komponenten mit neuen Kältemitteln sind zeitaufwendig und teuer. Aus geschäftlicher Sicht kann der Markt sehr klein sein und durch verschiedene lokale Gesetze reguliert werden, was es schwierig macht, tragfähige Geschäftspläne zu erstellen. Der Hebel hat noch nicht das Stadium erreicht, in dem das Licht für die Realisierbarkeit einer inkrementellen Entwicklung aufgehen wird. Häufig werden Projekte mit Produkten mit niedrigem Treibhauspotential als strategisch riskant oder risikoreich eingestuft. Wie auch immer man sie nennt, solche zukunftsweisenden Projekte sind für unsere Branche notwendig und sprechen die unternehmerischen Kräfte im Unternehmen an. Neue Ideen, die gemeinsam mit Universitäten und Kunden entwickelt wurden, sowie die Wiederverwendung bewährter Konzepte in Kombination mit anspruchsvollen neuen Werkstoffen waren die Gründe für die Entwicklung von Danfoss CO₂-Ventilen im letzten Jahrzehnt.

Sieben verschiedene Kräfte wirken sich auf die Entscheidung aus, Produkte zu entwickeln. In einem gesättigten Markt wird es ein Gleichgewicht zwischen diesen Kräften und inkrementellen Entwicklungsergebnissen geben.

Das Gleichgewicht wird durch Kräfte außerhalb des Marktes, wie Umweltprobleme, gestört, was zu neuen Gesetzen führt, die Innovationen erfordern; und plötzlich ändert sich die Spielrichtung. Genau das passiert, wenn Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotential aus Umweltschutzgründen notwendig werden. Normen und Gesetze werden zu treibenden Kräften.

Das Kräftegleichgewicht: Was die Entwicklung antreibt

Normen und Gesetze stellen den vorherrschenden Mechanismus dar, um die Entwicklung in eine bestimmte Richtung voranzutreiben. Verbote, Steuern und bis zu einem gewissen Grad freiwillige Vereinbarungen haben sich als sehr wirksam erwiesen. Dies schafft das notwendige Vertrauen der Branche, um Ressourcen in die Entwicklung zu investieren.

Betrachtet man das Gesamtbild der Rechtsvorschriften, so zeigt sich eine sehr uneinheitliche Situation. Die EU hat Vorschriften und hohe Steuern, die über das Montreal-Protokoll hinausgehen, während die USA und Asien die Verpflichtungen des Montreal-Protokolls genauestens einhalten. Mehrere Länder geben entweder durch direkte finanzielle Unterstützung oder durch reduzierte Anforderungen an die Effizienz Anreize für den Einsatz umweltfreundlicher Technologien. Die meisten Regionen und Länder werden versuchen, die Industrie in die Lage zu versetzen, den Rechtsvorschriften gerecht zu werden, indem sie in Forschungsprogramme mit Branchenteilnehmern investieren. Investitionen in Forschungsprogramme mit Fokus auf die Verringerung der Umweltbelastung – ob durch Energieeffizienz oder durch Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotential – haben zu guten Nebeneffekten in der Branche geführt. Hochschulen bieten ein sehr gutes vorwettbewerbliches Umfeld, in dem neue Technologien evaluiert werden, bevor sie möglicherweise später von der Branche übernommen werden. Obwohl Unterschiede bei Normen und Gesetzen für einige Länder oder Regionen ein vorübergehender Vorteil sein können, ist ein zunehmendes Flickwerk aus Normen und Gesetzen auf lange Sicht definitiv nicht von Vorteil. Wenn das Flickwerk der Regulierung weiter zunimmt und von Land zu Land divergiert, wird die Komplexität des Marktes zunehmen und keinen Mehrwert bringen. Mit der Ergänzung des Montreal-Protokolls um eine FKW-Reduktion steigt die Wahrscheinlichkeit einer stärkeren globalen Angleichung. Auch wenn die verschiedenen Regionen die Herausforderungen der Reduktion bestimmter Kältemittel unterschiedlich lösen werden, wird die Technologieentwicklung in die gleiche Richtung verlaufen.

Normen und Gesetze

Im Jahr 2002 führte die EU die MAC-Richtlinie und im Jahr 2004 die F-Gas-Richtlinie ein. Durch die MAC-Richtlinie wurden Kältemittel ab einem Treibhauspotential von 150 verboten, wodurch ein Anstoß zur Entwicklung neuer Lösungen für den Ersatz von R134a in der Fahrzeugklimatisierung gegeben wurde. Im Jahr 2003 führte Dänemark außerdem eine sehr hohe FKW-Steuer ein, und im Jahr 2007 wurde eine Obergrenze von 10 kg FKW über die F-Gas-Richtlinie hinaus eingeführt. Dies zwang den Lebensmitteleinzelhandel, nach Alternativen zu FKW-Kältemitteln zu suchen und initiierte die Entwicklung von CO₂-basierten Kühlsystemen. Neue Anlagenbauer haben sich sogar zu erfolgreichen Unternehmen entwickelt. Es ist interessant, einen Blick auf die Technologieentwicklung innerhalb dieser Anwendung zu werfen.

In der Zeit von 2001 bis 2005 wurde die erste Generation von Supermarkt-CO₂-Systemen hauptsächlich als Kaskadenanlagen gebaut, die noch mit einem FKW- oder Kohlenwasserstoffsystem ausgestattet waren. Von 2005 bis 2009 wurden etwa 300 transkritische Systeme in Nordeuropa installiert /1//2/. Vor allem der dänische Markt begünstigte die Einführung dieser Systeme in neu errichteten Geschäften, da es eigentlich keine andere Wahl gab. Ein sehr gut dokumentierter Fall der dänischen Supermarktkette Fakta hat gezeigt, dass sich die CO₂-Lösungen von der ersten zur zweiten Generation weiterentwickelt haben. Während die Systeme der ersten Generation Schwierigkeiten hatten, mit konventionellen FKW-Lösungen zu konkurrieren, zeigten die Systeme der zweiten Generation eine deutlich verbesserte Leistung und übertrafen sogar die FKW-Lösungen in Sachen Energieeffizienz. Dies ist keineswegs überraschend und sollte von neuen Technologien erwartet werden, aber es zeigt auch, dass neue Technologien im Wettbewerb mit ausgereiften Lösungen Schwierigkeiten haben, wenn sie nicht durch Gesetze unterstützt werden.

Der Anstoß durch die Rechtsvorschriften – die EU als Beispiel

Alle Unternehmen stehen vor der Herausforderung, ihren Ressourceneinsatz zu optimieren, weshalb die Wahl in erster Linie immer auf die sicherste und schnellste Kapitalrendite fällt. Es gibt Tausende von Herstellern von Kälte- und Klimaanlagen. In einem solchen Wettbewerbsumfeld ist es für ein Unternehmen riskant, neue Produkte mit neuen Kältemitteln für einen Markt mit uneinheitlichen Normen und Gesetzen und ungewissen Aussichten zu entwickeln. Selbst viele große Unternehmen zögern, bis sie wissen, dass ihre Wettbewerber aufgrund neuer Vorschriften ähnliche Maßnahmen ergreifen müssen.

Ein uneinheitliches Bild der Normen und Gesetze führt zu unterschiedlichen Basisszenarien für die Akteure der Branche. Zunächst einmal sehen einige Unternehmen, abhängig von den Gesetzen auf ihren wichtigsten Märkten, gute Chancen im Technologietransfer, während andere mit geringen Marktanteilen Schwierigkeiten haben, sich für Weiterentwicklungen auszusprechen.

Die kumulierten durchschnittlichen Lebenszykluskosten eines Produkts sind ein gängiges Maß für die Bewertung von Technologien und die Festlegung von Mindestwirkungsgraden (Minimum Efficiency Performance Standards, MEPS). Die Auswahl der Kältemittel beeinflusst diese Maßnahme durch ihre natürliche COP und andere physikalische Eigenschaften wie Viskosität, Wärmeübertragungseigenschaften usw. erheblich. Welches Kältemittel Sie auch wählen – eine praktikable Lösung in Bezug auf die Lebenszykluskosten muss erkennbar sein. Letztendlich können es sich nur wenige Menschen leisten, für umweltfreundliche Lösungen mehr zu bezahlen. Die schwierigste Frage ist in jedem Fall, wie sich die Lebenszykluskosten im Zuge der technologischen Entwicklung entwickeln werden. Die Erfahrungen mit CO₂ als Kältemittel zeigen deutlich, dass sich die Lebenszykluskosten besser entwickelt haben als prognostiziert.

Die technische Kompetenz zur Entwicklung neuer Produkte für neue Kältemittel mit verbesserter Energieeffizienz ist ein grundlegender notwendiger Faktor. Kompetenzen in den Bereichen Werkstoffkunde, Prüfverfahren und Ingenieurpraxis müssen vorhanden sein. Bei der inkrementellen Entwicklung ist dies normalerweise kein Problem, aber bei transkritischem CO₂ basierten die entwickelten Lösungen nicht auf allgemein verfügbarem Wissen. Die Entwicklung von Verdichtern und Steuerungen basiert auf einem Jahrzehnt intensiver Kompetenzentwicklung. Das Wechselspiel zwischen Design und Anwendungsfeedback ist sehr zeitintensiv. „Kinderkrankheiten“ sind für neue Technologien gefährlich, vor allem, wenn diese Technologien in direkter Konkurrenz zu bestehenden, ausgereiften und optimierten Lösungen stehen. Seit der Einführung der Sicherheitskältemittel vor 80 Jahren ist es jedoch nicht notwendig zu erwähnen, dass die allgemeine technologische Entwicklung in unserer Branche sich in einem Stadium befindet, in dem fast alle Arten von Kältemitteln sicher und lebenszykluskostenoptimiert behandelt werden können.

Während CO₂-Komponenten und -Regler aus technischer Sicht wegen hoher Drücke und Materialverträglichkeit eine Herausforderung darstellen, ist es bei Kohlenwasserstoffen komplizierter. Thermodynamisch gesehen sind Kohlenwasserstoffe naturgemäß sehr nahe an FKW oder HFCKW. So wurde beispielsweise oft behauptet, R290 sei ein Ersatz für R22, was im weitesten Sinne gefährlich irreführend ist. Technisch gesehen liegen die Eigenschaften von R290 in der Nähe von R22, aber aus sicherheitstechnischer Sicht müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden. Dies bedeutet insbesondere, dass Wartungstechniker, die vielleicht seit Jahrzehnten Systeme mit nicht brennbaren Kältemitteln warten, plötzlich bei Systemen, die grundsätzlich gleich aussehen und funktionieren, ihre Gewohnheiten ändern müssen. Als Zulieferer ist es sehr wichtig sicherzustellen, dass die Märkte bereit sind, mit Kohlenwasserstoffen umzugehen, bevor sie den Verkauf genehmigen, und dass die Systemhersteller die Einhaltung bestehender Sicherheitsnormen nachweisen können.

Die folgende Abbildung zeigt das Verfahren, das bei der Genehmigung von internen Normen für Kohlenwasserstoffkomponenten bei Danfoss eingesetzt wird. Es wird eine gründliche Risikobewertung von einem Versicherungsexperten vorgenommen und genehmigt. Die Risikobewertung umfasst verschiedene Szenarien (Beispiele), die am Ende zu Produkttypgenehmigungen und Anforderungen an Produkte führen. Regionale Normen werden evaluiert und darauf aufbauend wird eine geografische Freigabebeschränkung festgelegt.

Ein wesentlicher Faktor in der Risikodiskussion ist das wahrgenommene versus das reale Risiko. Die folgende Abbildung veranschaulicht dieses Prinzip. Bei Entscheidungen zur Schaffung von Mehrwert für die Gesellschaft muss das richtige Verhältnis zwischen wahrgenommenem und tatsächlichem Risiko gewahrt werden. Neue Anwendungen von Kältemitteln werden immer misstrauisch beäugt, aber im Laufe der Zeit werden sich die tatsächlichen und die wahrgenommenen Risiken annähern. Ausgereifte Technologien können sogar als weniger riskant empfunden werden als sie es in Wahrheit sind – es gibt einige Beispiele dafür in unserer modernen Gesellschaft, z. B. das Autofahren. Wie in der Abbildung dargestellt, sind diese neuen Kältemittel und Lösungen zunächst sowohl mit einem höheren Sicherheitsrisiko als auch mit einem höheren finanziellen Risiko assoziiert als die heute weitverbreiteten Kältemittel und Lösungen, und das wahrgenommene Risiko ist sogar höher als das tatsächliche Risiko. Mit der Zeit werden die neuen Systeme wahrscheinlich Vertrauen in einen größeren Markt schaffen, und eine gute Sicherheitsbilanz würde sowohl die Systemnutzer als auch die Öffentlichkeit das Risiko als kleiner wahrnehmen lassen, und da der Dienstleistungssektor lernt, die neuen Systeme zu warten, würde auch das tatsächliche Risiko sinken.

Risikobewusstsein

Marktreife bedeutet die Fähigkeit des Marktes, sich an eine neue Technologie anzupassen. Dieser Faktor beeinflusst wiederum die Rechtsetzung, da kein Land seinen eigenen Markt wegen fehlender Servicekompetenz für neue Technologien schließen würde. Ausbildung spielt bei der Vorbereitung der Märkte auf die Einführung neuer Technologien eine wichtige Rolle. Zu wenig geschultes Wartungspersonal würde zu höheren Unfallrisiken führen, und die prognostizierten Lebenszykluskosten würden nicht das erwartete Niveau erreichen. Auch wenn nicht direkt mit Kältemitteln verbunden, hat eine Vor-Ort-Überwachung von Wärmepumpen auf dem dänischen Markt jedoch gezeigt hat, dass eine überraschend hohe Anzahl von Wärmepumpen eine viel zu niedrige COP erreicht. Der Grund dafür lag in der Installation und Einstellung der Wärmepumpen, wo die Installateure die Zusammenhänge zwischen den Temperaturen und der COP nicht verstanden. Das gleiche Szenario könnte für CO₂-Systeme gelten, bei denen die Energieeffizienz stark von den Systemeinstellungen abhängt. Erwartungen nicht zu erfüllen ist Gift für eine neue Technologie – sie erhält oft keine zweite Chance. Aus- und Weiterbildung sind heute als einige der wichtigsten Faktoren für die Einführung von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotential in den Märkten anerkannt.

Die Entwicklung von Normen geht in Richtung einer breiteren Akzeptanz von brennbaren Kältemitteln. Die folgende Abbildung gibt einen Überblick über die Entwicklung der wichtigsten Normen und die Einbeziehung von brennbaren Kältemitteln.

Entwicklung von Normen