Magnetische Kühlung für nachhaltig optimierte Kältetechnik
Das Konzept der sogenannten p-v-T-Diagramme über die Zusammenhänge zwischen Änderungen im Druck (p) und um Änderungen des Volumens (v) und der Temperatur (T) könnte den meisten von uns noch vage in Erinnerung sein. Denau diese simple Thermodynamik derartiger Veränderungen steckt hinter der Funktionsweise der üblichen Kühlgeräte. Kühlschränke arbeiten mit einem leichtflüchtigen Kältemittel, das kontinuierlich die Zyklen Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion durchläuft und in diesen Prozess Wärme aufnimmt und abgibt. Dummerweise sind Kältemittel für einen nicht unerheblichen Anteil der globalen Kohlendioxidemissionen (CO2) verantwortlich. Die derzeit in der Entwicklung befindliche neuartige Festkörperkühltechnologie wird möglicherweise schon bald all dies verändern. Kühlschränke, Klimaanlagen und sogar riesige Tiefkühllager werden viel umweltfreundlicher und energieeffizienter als herkömmliche Kühlgeräte auf Grundlage der Gaskompression sein. Die Forscher nutzten nach Prüfung bestimmter magnetischer Materialien die Energiedifferenzen zwischen den verschiedenen magnetischen Zuständen bei ausgewählten stabilen festen Kältemitteln aus. Magnetische Materialien durchlaufen während der Magnetisierung und Entmagnetisierung Temperaturänderungen. Dieses Phänomen ist als magnetokalorischer Effekt bekannt. Die Wissenschaftler wollten diesen Effekt ausnutzen und untersuchten mit Hilfe der EU-Finanzmittel des Projekts "Solid state energy efficient cooling" (SSEEC) alle Stufen, die zur Durchführung der bei Raumtemperatur erfolgenden Kühlung erforderlich sind. Speziell angefertigte Charakterisierungsinstrumente und moderne theoretische Modelle beschleunigten die Arbeiten, was die Vorhersage und Realisierung neuartiger magnetischer Kühlmechanismen ermöglichte. Die Forscher untersuchten fundamentale Mechanismen des Magnetismus und der Übergänge, wobei man Einkristall-Kältemittel und weitere neuartige Formulierungen synthetisierte. Die Wissenschaftler entwickelten neue Synthesewege zur besseren Bearbeitbarkeit und produzierten Kältemitteln in geringen Dicken, die für den wärmeeffizienten Austausch erforderlich sind. Letztlich trieben sie die technische Entwicklung von drei Prototypen magnetischer Kühlmaschinen voran, von denen einer zwecks Aufbau einer Wärmepumpe erfolgreich mit einem Wärmetauscher vereint werden konnte. Diese Fortschritte spornten zur Gestaltung einer Forschungs- und Technologie-Roadmap für magnetische Kühlung an. Die Wissenschaftler teilten die SSEEC-Ergebnisse auf dem Wege von Veröffentlichungen in Fachjournalen, Konferenzpräsentationen und als angesehene Gastredner auf Seminaren weltweit mit. Die Konzepte wurden der Öffentlichkeit gleichermaßen über Interviews in Medien, Zeitschriftenartikel, die Massenpresse und die Projekt-Internetseite präsentiert. Ungefähr ein Drittel des EU-weiten Energieverbrauchs hat mit der Aufrechterhaltung des Wohlbefindens in Gebäuden zu tun. Mit hocheffizienten, kostengünstigen und umweltfreundlichen magnetischen Kühlkonzepten wird man die Auswirkungen auf die Umwelt in der EU bedeutend reduzieren können.
