18.04.2016

Effizienz, die aus der Kälte kommt

fotos: Fotolia

Kühlen benötigt ebenso Energie wie Heizen. Effizienz ist folglich auch hier gefragt. Ein Effekt, der bereits seit fast hundert Jahren bekannt ist, erreicht in der Anwendung die Marktreife.

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Der gute, alte Kompressor ist am Ende. Noch sorgt er in den meisten Haushalten dafür, dass Milch- und Molkereiprodukte, Fleisch und weitere Nahrungsmittel frisch bleiben. Aber in Zeiten, in denen Energie teuer wird, sucht der Mensch nach Kühlverfahren, die weniger Strom verbrauchen. Und da ist beim Kompressor kaum noch Spielraum. Ähnliches gilt für die Absorbertechnik, die ohnehin durch einen schlechteren Wirkungsgrad negativ auffällt. Es ist Zeit für eine neue Technologie.

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Und die ist gerade im Kommen. Forscher suchen und entwickeln neue Verfahren. Kühlung mit Hilfe von Magnetismus hat derzeit gute Chancen, die Kompressoren zu verdrängen. Es geht aber nicht nur um Privathaushalte. Zahlreiche Branchen sind ebenfalls auf Kühlung angewiesen und wollen den damit verbundenen Stromverbrauch reduzieren.

Das Potenzial ist groß. Nach Angaben des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik (IPM) werden weltweit mehr als 50 Millionen Klimaanlagen installiert – pro Jahr. Allein in Deutschland würden pro Jahr 72.000 Gigawattstunden benötigt, um Kälte zu erzeugen. „Das entspricht rund 14 Prozent des gesamten deutschen Strombedarfs“, sagt Kilian Bartholomé, der am IPM an Kühlsystemen forscht.

In einer Studie des Beratungsunternehmens Ecofys für das Umweltbundesamt aus dem Jahr 2011 verweisen die Wissenschaftler auf Szenarien, die von einer rasanten Steigerung auf mehr als 150 Terawattstunden im Jahr 2030 allein für die Klimatisierung von Gebäuden ausgehen.

Da kommen andere Kühlprozesse noch hinzu. Und das sind nicht nur Kühlschränke und Gefriertruhen im Privatbereich. Lebensmittelindustrie, Einzelhandel, Pharmabranche, Betreiber von Rechenzentren und die Automobilindustrie, sie alle benötigen Kälte.

Große Hoffnung ruht derzeit auf dem magnetokalorischen Effekt. Anfang 2015 hatte auf der Consumer Electronics Show in Las Vegas ein Konsortium aus dem Hersteller von Haushaltsgeräten Haier, dem Chemiekonzern BASF und dem Technologie-Unternehmen Astronautics einen Weinkühler vorgestellt, der auf Basis dieses Effekts arbeitet. Das Verfahren benötigt nicht nur weniger Energie als ein Kompressor, es arbeitet auch leiser. Außerdem verwendet es keine Kühlmittel, die die Umwelt schädigen oder den Klimawandel verstärken, sobald sie aus dem geschlossenen Kühlkreislauf einer Kompressor-Kühlung austreten.

Vier thermodynamische Prozesse braucht es, um so zu kühlen. Zuerst wird magnetokalorisches Material in ein Magnetfeld eingebracht. Dort richten sich die bis dahin ungeordneten magnetischen Momente und Spins der Atome aus. Dadurch sinkt die magnetische Entropie, ein Maß für die Ordnung eines thermomagnetischen Systems. Jetzt greift eine physikalische Grundregel: Die Gesamtentropie eines geschlossenen Systems bleibt immer gleich. Da die magnetische Entropie sinkt, muss eine andere zunehmen, um diese Konstante zu gewährleisten. „Es steigt in Kompensation dazu die thermische Entropie und das Atomgitter fängt an zu schwingen“, erklärt Peter Egolf, Professor für Thermodynamik an der Schweizer Ingenieurhochschule in Yverdon-les-Bains. Mit anderen Worten, das magnetokalorische Material wird wärmer.

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Keywords:
Kühlschrank | Kompressoren | Marktreife | Kühlprozess | Magnetokalorik | Magnetfeld | Temperatur
Ressorts:
Technology

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