Als natürliches Kältemittel zeigt CO2 signifikantes Potenzial in der nachhaltigen Thermotechnik aufgrund seiner Umweltverträglichkeit und wirtschaftlichen Rentabilität. Während der transkritische CO2-Zyklus in der Heizung, bei Niedertemperaturanwendungen und der Integration mit erneuerbaren Energiequellen eine starke Leistung zeigt, steht seiner breiten Anwendung einbehaltenden Herausforderungen auf Anwendungsebene gegenüber. Dazu gehören: hohe Empfindlichkeit der Systemeffizienz gegenüber den Betriebsbedingungen, was einen "Effizienzhöcker" schafft und das optimale Betriebsfenster verengt; erhöhte Komponenten kosten und technische Herausforderungen für zentrale Geräte wie Mehrkanalventile aufgrund der Hochdruckanforderungen; sowie komplexe Systemsteuerung mit derzeit begrenzten intelligenten Lösungen. Trotz dieser Herausforderungen hat der transkritische CO2-Zyklus einen einzigartigen Wert bei der Ermöglichung synergistischer Energieumwandlung. Seine Fähigkeit, verschiedene Energiegrade effizient zusammenzuführen und zu kaskadieren, macht ihn besonders geeignet für die Kühlung von Rechenzentren, industrielle gekoppelte Kühlung und Heizung sowie solarthermische Hybridsysteme, wodurch er sich als unverzichtbare Technologie in zukünftigen kohlenstoffarmen Energiesystemen positioniert. Um sein Potenzial vollständig auszuschöpfen, müssen Entwicklungsanstrengungen auf Anwendungen mit hohem Wert und wichtige technologische Durchbrüche fokussiert werden. Dabei sollte der Schwerpunkt auf der Demonstration seiner Anwendung in Bereichen liegen, in denen er einen deutlichen Vorteil hat, wie z.B. in der Niedertemperaturkühlung und industriellen Hochtemperatur-Wärmepumpen, um wirtschaftlich tragfähige Modelle zu etablieren. Gleichzeitig müssen zentrale Technologien—einschließlich adaptiver intelligenter Steuerungsalgorithmen, hocheffizienter Expander und kostengünstiger druckbeständiger Komponenten—vorangetrieben werden. Unterstützende Politiken, die Energieeffizienz-Standards, Sicherheitsvorschriften und fiskalische Anreize umfassen, werden entscheidend sein, um den Übergang von Demonstrationsprojekten zur breiten industriellen Anwendung zu erleichtern.
Qin et al. (Fr,) haben diese Frage untersucht.