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Die Jagd nach der Kälte
Kältetechnik ist allgegenwärtig: im Haushalt, im Supermarkt, in Büros, in der Industrie, in Museen oder OP-Sälen. Exakt gesteuert vom Wohlfühlklima über frische Lebensmittel bis zu Kältekammern und Super-Tiefkühlung für empfindliche lebensrettende Medizinprodukte und Impfstoffe. Damit geht jeden Tag aufs Neue ein Menschheitstraum in Erfüllung.
Kälte ist eigentlich Wärme
„Wärme wird viel leichter gewonnen als Kälte. Ein Feuer kann angezündet und leicht unterhalten werden. Die Kälte muss gejagt werden, auf den Höhen der Berge, in Erdhöhlen, tiefen Kellern, oder man muss auf sie warten, bis sie da ist, selbst dann kann sie nicht gehalten werden.“ Der englische Philosoph und Staatsmann Sir Francis Bacon (1561–1629) hatte das Dilemma der vorindustriellen Zeit auf den Punkt gebracht: Kälte ist einfach nicht zu fassen. Vielleicht weil es sie im Grunde gar nicht gibt? Physikalisch ist Kälte eigentlich Wärme – beziehungsweise die Abwesenheit von Wärme oder einfacher ausgedrückt ein Zustand unterhalb der Umgebungstemperatur.
Dass das Herunterschrauben der Temperatur das Leben erleichtern und angenehmer machen kann, hatten schon die urzeitlichen Jäger und Sammler verstanden. Sie begannen, Verderbliches nicht nur durch Trocknen und Pökeln, sondern auch in kühlen Höhlen oder Erdlöchern länger haltbar zu machen und damit ihrem Sesshaftwerden den Boden zu bereiten.
Eis war heiß begehrt in der Antike und im Mittelalter. Wer es sich leisten konnte, griff tief in die Tasche, um aus Gletschern und Seen geschnittenes Natureis im Winter in tiefen Gruben und Kellern einzulagern, damit es im Sommer nach und nach verbraucht werden konnte.
Ewig eiliges Eis
Wo Eis in Reichweite war, wurde es oft unter großen Mühen zu den Kühlräumen verfrachtet. Von der funktionalen Erkenntnis war der Weg dann nicht weit zum Genuss und zur Hebung der Lebensqualität. Dazu machte der berühmt-berüchtigte Kaiser Nero (37 – 68 n. Chr.) Läuferstafetten Beine, dass sie in speziellen Rucksäcken eilends Gletschereis aus den Alpen für die Kühlung (vermutlich geistiger) Getränke nach Rom schafften.
Eis war heiß begehrt in der Antike und im Mittelalter. Wer es sich leisten konnte, griff tief in die Tasche, um aus Gletschern und Seen geschnittenes Natureis im Winter in tiefen Gruben und Kellern einzulagern, damit es im Sommer nach und nach verbraucht werden konnte.
Vorratshaltung, aber auch bestimmte Gär- und Reifeprozesse machten mit ihrer Temperaturabhängigkeit Menschen erfinderisch. So entstanden unterirdische Lagerräume, in denen Tongefäße, schwere hölzerne Fässer und Truhen für ein möglichst stabiles Temperaturgleichgewicht sorgten.
Ein klassischer Eiskeller von damals © AutoCCD (Zugeschnitten, Nutzung nach Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.de)
Auch wenn die Logistik angesichts blühender Nachfrage nach Kühlung immer ausgefeilter wurde und das winterliche natürliche Eis aus arktischen Meeren, Gletschern, zugefrorenen Seen und Flüssen herausgeschnitten und auf die weitläufigen Märkte transportiert werden konnte, blieb es naturgemäß ein flüchtiges Gut, das auch hinter dicksten Mauern in der Regel den Sommer nicht überstand. Nicht einmal unter Einsatz von Chemie, etwa Salpeter und Wasser.
Kühlung war ganz besonders auch in der Herstellung und Lagerung von Bier und Wein gefragt. „Mit Eis stopf’ deine Keller voll, wenn dir das Bier gelingen soll!“, reimte noch 1880 der Brauer- und Mälzerkalender. Jährlich 56.000 Tonnen Stangeneis lagerten dazu allein die 17 Brauereien in München ein, um die für die Herstellung von besonders süffigem untergärigem Bier erforderlichen tiefen Temperaturen zu erreichen.
Dabei hatte der Wunsch, Kälte und Eis künstlich zu erzeugen, schon früh die Fantasie von Tüftlern und Technikern beflügelt. Der schottische Mediziner und Chemiker William Cullen erzeugte 1756 an der Universität Glasgow über das Verdampfen von Diethyläther erstmals geringe Mengen künstlichen Eises. Bis zum chemischen Kühlschrank dauerte es dann noch fast 100 Jahre, bis 1834. Für private Haushalte war das Gerät aber nicht geeignet, da mussten die Menschen weiter auf Eisblöcke zurückgreifen, die aus speziell mit Holz und Dämmstoffen ausgelegten Kisten die beliebten „Eisschränke“ machten.
Durchbruch für die Kompressortechnik
Es war der deutsche Ingenieur und Erfinder Carl Paul Gottfried Linde (1842-1934), seit 1897 Ritter von Linde, der 1873 mit seinen Berechnungen zum Wirkungsgrad der Kompressortechnik gegenüber der vorherrschenden Absorptionstechnik der Kältemaschine und der Klimatisierung die Bahn brach. Der Professor gründete daraufhin selbst eine Firma und brachte sehr schnell weitere Tüftler und Unternehmer auf den Plan. Nutznießer waren zuallererst die Brauer. Aber schon in den 1930er-Jahren gehörte in den USA ein Kühlschrank zur Standardausstattung von privaten Haushalten.
In anderen Teilen der Welt brauchte der Kühlschrank als Luxusgut und Ikone des Wohlstands und Fortschritts allerdings noch geraume Zeit, um sich durchzusetzen. Er war teuer, sperrig und auf verlässliche Stromanschlüsse angewiesen. Gemeinschaftskühlhäuser, um Obst, Gemüse und andere Lebensmittel aufzubewahren, waren da in Ländern wie Deutschland klar im Vorteil. Erst in den 50er-Jahren verband sich das Wirtschaftswunder auch mit dem Einzug des Kühlschranks ins private Leben – tägliches Einkaufen war damit passé und die Speisekarte daheim wurde immer variantenreicher und stilbildend für eine neue Ära der Prosperität und des gesellschaftlichen, wirtschaftlichen und technischen Fortschritts.
1954 steigt Liebherr in die Kühlschrankentwicklung und -fertigung ein
Hans Liebherr erkennt die Marktlücke – und schafft eine Weltmarke
1954 stieg Liebherr in die Kühlschrankentwicklung und -fertigung ein. Den Fokus setzte Firmengründer Hans Liebherr von Anfang an auf Qualitätsprodukte – von den ersten Standgeräten bis zu Einbaukühlschränken als reine Kühlgeräte oder Kühl-Gefrier-Kombinationen. Bereits im Jahr 1978 startet der Spezialist mit der Erfindung der Kälteakkus, die bei einem eventuellen Stromausfall die Kältequalität erhalten, da diese eine zusätzliche Kältereserve schaffen. Mit Innovationen wie NoFrost, über die patentierten BioFresh-Technologie für mehr Frische-Komfort, bis hin zum Einsatz natürlicher Kältemittel in Verbindung mit effizienteren Kältekreisläufen und neuen Dämmstoffen setzte und setzt Liebherr-Maßstäbe in der Branche und kann so weltweit eine breite Palette an Modellen in den besten Energieeffizienzklassen anbieten. Seit dem 1. März 2021 gilt für alle Kühl- und Gefriergeräte in Europa ein neues Energielabel. Das bisherige Label half Verbraucherinnen und Verbrauchern nur noch sehr eingeschränkt bei der Kaufentscheidung, da sich das Angebot an der Spitze der Skala verdichtete. Mit dem neuen Label werden die Geräte wieder breiter und übersichtlicher auf einer Effizienzskala von A bis G verteilt. Klassifizierungen wie A+++ haben damit ausgedient. Kältetechnik ist aber nicht nur beim Kühlen von Lebensmitteln gefragt. In der Medizin ist sie nicht wegzudenken aus Laboren, Forschungseinrichtungen und Ultratiefkühlschränke, wie sie zuletzt für die Lagerung von neuartigen mRNA-Impfstoffen von sich Reden machten.
Auch im Weltall ist Liebherr aktiv: Das Unternehmen entwickelt zusammen mit Partnern Schlüsselkomponenten des Technologie-Nutzlast- und Plattformkühlsystems an Bord von Telekommunikationssatelliten der nächsten Generation, das die elektronische Wärmeableitung aktiv steuert.
Liebherr entwickelt zudem Anlagen etwa zur energieeffizienten und umweltfreundlichen Klimatisierung von Zügen, U-Bahnen und Flugzeugen sowie zur zuverlässigen Realisierung von temperaturgeführten Transporten mittels Kühlsattelaufliegern. Hinzu kommen ganz neue Spezialanwendungen, wie sie beispielsweise jetzt vermehrt auch in der Elektromobilität bei der Kühlung von (stark)stromführenden Kabeln oder Batterien zur Anwendung kommen. Auch im Weltall ist Liebherr aktiv: Das Unternehmen entwickelt zusammen mit Partnern Schlüsselkomponenten des Technologie-Nutzlast- und Plattformkühlsystems an Bord von Telekommunikationssatelliten der nächsten Generation, das die elektronische Wärmeableitung aktiv steuert. Die Verdampfer und Kondensatoren müssen sehr zuverlässig sein: Sie werden mindestens 15 Jahre ohne Wartungsmöglichkeit im Weltraum verbringen.
Auch in der Klimatisierung von OPs, Intensiv-Stationen und radiologischen Messeinrichtungen ist hochpräzise Kältetechnik unerlässlich. Das Feld der Kühl- und Kältetechnik wird so immer größer. Allein im nicht-gewerblichen Geschäft weltweit bewegen sich die Umsätze in einer Größenordnung von über 100 Milliarden Euro. Tendenz stark steigend. Deutlich zunehmen wird auch der Innovationsdruck. Mit Blick auf den Klimawandel und vom Gesetzgeber eingeforderte verstärkte Nachhaltigkeit von Technologien, sind mehr denn je erfahrene und innovative Entwickler gefragt, die auch über den Tellerrand ihres eigenen Fachbereichs hinausschauen und sich interdisziplinär zu verbinden verstehen. Die Jagd nach Kälte geht weiter – vermutlich hätte Sir Francis Bacon Gefallen daran, wieviel Perspektiven heute damit verbunden sind.
Geschichte der Kühltechnik: Aus dem Kellerloch zu einer Säule des Fortschritts und Wohlstands
Was wären wir ohne die Kühltechnik? Das ist eine lange Geschichte. Nachgefragt beim Technikhistoriker Professor Dr. Hans-Liudger Dienel von der TU Berlin.
Herr Professor Dienel, die Kunst des Feuermachens entfachte beim Homo Erectus die Phantasie, dass vielleicht doch ein sichereres, bequemeres und wohligeres Leben möglich ist. Welchen zivilisatorischen Stellenwert hat demgegenüber die Entdeckung der Kühlung?
Die Nutzung des Feuers durch den Menschen vor etwa 100.000 Jahren ist in der Bedeutung schon fundamental. Das spiegelt sich schon im Prometheus-Mythos wider, der sich wegen seines Spiels mit dem Feuer mit den Göttern angelegt hatte und für seine Anmaßung, gottgleich sein zu wollen, übelst bestraft wurde. Dass es bei den alten Griechen mit Hephaistos einen Gott des Feuers, aber keinen Gott, nicht einmal einen Halbgott der Kälte gab, zeigt, wie weit der Weg noch zum Durchbruch der Kältetechnik im 19. Jahrhundert war. Wenn sie nicht sofort verzehrt werden konnten, kamen frische Lebensmittel, wie Fleisch, Fisch, Obst und Gemüse, bis dahin überwiegend getrocknet, gedörrt oder gesalzen auf den Tisch. Erst mit der Erfindung der technischen Kühlung konnten sich dann die Ernährungsgewohnheiten weltweit so ändern, dass wir heute frische Lebensmittel selbst aus anderen Kontinenten beziehen können. Auch wenn dies sicher nicht an die Bedeutung des Feuers heranreicht, ist dies ein zivilisatorischer Meilenstein für die Entwicklung der Menschheit auf diesem Planeten.
Welche großen erfinderischen und technologischen Meilensteine markieren die Geschichte die Kühlung von der Antike bis ins Zeitalter der Industrialisierung und wer hatte dabei jeweils die Nase vorn?
Es gab in der Antike schon Möglichkeiten zur Kühlung. Damals wusste man schon, dass es beim Zusammenschütten von zwei Flüssigkeiten, z.B. Salpeter mit Wasser, zu einer endothermischen Reaktion kommt, bei der nicht Energie freigesetzt, sondern konsumiert wird, um so Kühlungseffekte zu erzielen. Doch das war allenfalls etwas für Partys reicher Römerinnen und Römer, nicht aber für den großen Maßstab. Üblicher war dann schon, im Winter Schnee und Eis zu „ernten“ und in Kühlhäusern oder unter der Erde zu lagern. Wobei hier das fehlende thermodynamische Verständnis offenkundig wurde. Das Eis oberirdisch zu lagern und ein Holzhaus darum zu bauen, lässt den Wärmeverlust viel geringer ausfallen als bei einer unterirdischen Lagerung, wo die Wärmeleitung in dem feuchten, matschigen Milieu viel ausgeprägter ausfiel. Der Bedarf an effizienter und jederzeit abrufbarer Kühlung war immer vorhanden, aber erst zum Ende des 19. Jahrhundert sollte dann der Durchbruch gelingen.
Das neue technologische Kältebewusstsein war von Anfang mit höchsten Qualitätserwartungen belegt, dafür war man dann immer auch schon bereit, etwas tiefer in die Tasche zu greifen.
Carl von Linde markierte mit seinen Kältemaschinen den Durchbruch für die industrielle Kältetechnik. Welche (visionären) Überlegungen leiteten ihn und was bedeuten diese noch bis heute?
Die besondere Leistung von Carl von Linde bestand darin, dass er seinen Studierenden anhand bestehender Kältemaschinenkonzepte den thermodynamischen Wirkungsgrad vorrechnete und ihnen so die Vorzüge von Kompressions- gegenüber den damals dominanten Absorptionstechnologien vor Augen führte. Der zunächst nur theoretisch ermittelte höhere Wirkungsgrad der Kompressionskältemaschinen ließ Linde und seine Mitarbeiter dann sehr schnell Abschied vom akademischen Leben nehmen und eines der führenden und weltweit gefragten Ingenieurbüros für Unternehmen vor allem aus dem Brauereiwesen zu gründen. Große Brauereien wie Guinness oder Carlsberg, für die Kältemaschinen oftmals die größte maschinelle Einzelinvestition waren, bestanden dann aber auch oft darauf, dass Carl von Linde persönlich die Bauleitung übernahm. Das neue technologische Kältebewusstsein war von Anfang mit höchsten Qualitätserwartungen belegt, dafür war man dann immer auch schon bereit, etwas tiefer in die Tasche zu greifen.
Die ersten Kühlschränke in Serie wurden in den USA gebaut. Warum dort und warum brauchten andere so viel länger?
Das ist vergleichbar mit dem Auto, das erstmals in Deutschland von Carl Benz auf die Straße gebracht wurde, seinen Durchbruch aber in den USA durch die Einführung der Serienproduktion durch Henry Ford erfuhr. Mit den maschinellen Kühlschränken war es ähnlich. Der Bedarf an den kostspieligen und an das Vorhandensein von elektrischem Strom gebundenen Geräten war zunächst nicht groß genug. Man kam auch mit dem „Eisschrank“ noch lange sehr gut über die Runden. Anders in den USA. Das amerikanische Nahrungsmittelsystem unterschied sich grundlegend von dem europäischen, es war schon zum Ende des 19. Jahrhunderts in vielen Bereichen durchindustrialisiert. Sinnbild dafür sind beispielsweise die großen Schlachthöfe in Chicago, wo alle Rinder aus den USA in bester Westernmanier hingetrieben und geschlachtet wurden, um dann das Fleisch auf das ganze Land zurückzuverteilen. Eine so industrialisierte Nahrungsmittelversorgung bereitete dann auch dem Kühlschrank als Serienprodukt die Bahn. Die Technik kam dabei zum großen Teil von deutschen Ingenieuren und Technikern, die ausgewandert waren, und eigene Unternehmen gründeten.
In Deutschland ging es dann ja erst in den 50er-Jahren mit dem Kühlschrank voran…
Da war ganz wesentlich Hans Liebherr zu verdanken, der sehr früh das Marktpotenzial in der aufstrebenden Nachkriegsgesellschaft erkannt hatte. Im „Wirtschaftswunder“ der 50er-Jahre stieg die Bereitschaft zu Investitionen in die maschinelle Ausstattung der Haushalte. Der Kühlschrank ist dabei eine Ikone des aufblühenden Wohlstands. Heute stellt die Küche oftmals die teuerste Einrichtung im kleinbürgerlichen Haushalt, noch vor dem Wohnzimmer, wobei der Kühlschrank im Preis-Leistungsverhältnis einer immer ausgefeilteren, zunehmend auch digitalisierten Technik heute vergleichsweise immer günstiger wird und ihm preislich Kochcomputer und anspruchsvolle Herd-, Ofen- und Garsysteme den Rang abzulaufen beginnen.
Professor Dr. Hans-Liudger Dienel ist Technik-, Mobilitäts- und Partizipationsforscher und seit 2013 Professor für „Arbeitslehre, Technik und Partizipation“ an der TU-Berlin. Nach dem Abitur und einer Lehre als Heizungsbauer (Gesellenbrief) studierte er in Hannover, Washington und München Maschinenbau, Geschichte, Philosophie und Soziologie, erwarb 1990 den Dipl.-Ing. im Maschinenwesen (TU München, Institut für Thermodynamik) und promovierte 1993 mit einer Dissertation über Wechselwirkungen von Hochschule und Industrie in den Vereinigten Staaten und Deutschland 1870-1930.
Welchen Stellenwert hat Kühltechnik heute für die Entwicklung lebenswerter Lebensverhältnisse weltweit und den weiteren technologischen Fortschritt in Industrie und Handel, Nahrungsmittelversorgung, Medizin….?
Smarte Kühltechnik spielt heute in allen Lebensbereichen eine große Rolle. In der Küche wird heute entweder mit aller Leidenschaft und großem technischen Einsatz aufwendig gekocht – oder eben nicht. In New York nimmt die Zahl der Appartements ohne Küche zu. Die Menschen essen entweder auswärts oder lassen sich beliefern. Aber einen Kühlschrank haben alle. Gekühlt werden aber nicht nur Lebensmittel und Getränke, auch die Klimatisierung von Gebäuden nimmt weltweit zu. Ohne Klimaanlagen wären blühende Wirtschaftsräume in Texas, Arizona oder Florida genauso wenig denkbar wie in den tropischen Regionen Asiens. Auch Hightech-Produkte, wie Chips und Supraleiter, könnten ohne den Einsatz von Kälte- und Klimatechnik nicht hergestellt werden. Und zuletzt haben Super-Kühlschränke, die Temperaturen von bis zu -70OC erzeugen, maßgeblich dazu beigetragen, dass neuartige mRNA-Impfstoffe in vergleichsweise kurzer Zeit zur Bekämpfung der Corona-Pandemie zum Einsatz kommen konnten. Mit anderen Worten: die Geschichte der Kühlung ist noch nicht zu Ende erzählt. Noch lange nicht.
