Magnetische Werkstoffe revolutionieren die Kühltechnik

Ziel ist es, bis zu 50% Energie einzusparen. „Unsere Experten in der Material- und Prozessentwicklung arbeiten eng mit Grundlagenforschern an international renommierten Universitäten wie der TU Delft und unserem innovativen Industriepartner, Delta Electronics, zusammen“, sagt Prof. Dr. Rainer Diercks, Leiter des Forschungsbereichs Chemicals Research and Engineering bei BASF.

Scale-up der Werkstoffproduktion ist am Laufen

Laut Dierks wurde bei BASF bereits mit dem Scale-Up der Produktion spezieller, wirtschaftlich herstellbarer Werkstoffe bereits begonnen. Diese Werkstoffe zeigen ihre magnetokalorische Wirkung schon bei relativ niedrigen Temperaturen. Damit eröffneten sie ein größeres Anwendungspotenzial. Dierks sieht in der Werkstoffentwicklung einen wesentlichen Beitrag zum zum Erfolg dieses Projekts.

„Wir sind darüber erfreut, mit der BASF zusammenzuarbeiten“, sagt Deltas Vice Chairman und Chief Executive Officer Yancey Hai. „Unser gemeinsames Entwicklungsprojekt mit BASF stimmt mit unserer Mission überein, innovative, saubere und effiziente Energielösungen für eine bessere Zukunft anzubieten. Mit unserer Kompetenz in der Systemintegration effizienter Energietechnologien

werden wir neue Geschäftsfelder erschließen.“

Verzicht auf gasförmige Kühlmittel

Kühlgeräte auf der Basis der Magnetokalorik – so Dierks und Hai – haben das Potenzial, den Energieverbrauch deutlich zu reduzieren. Die Magnettechnik verzichtet auf gasförmige Kühlmittel und ist damit zum Beispiel leiser und vibrationsärmer als die üblichen Kompressoren-Kühlschränke. Außerdem ist sie so raumsparend, dass sie in allen herkömmlichen Haushaltskühlgeräten und kommerziellen Anwendungen wie Computerlüftungen oder Klimaanlagen Platz findet.

Physikalische Grundlagen bereit seit knapp 130 Jahren bekannt

Der deutsche Physiker Emil Warburg beobachtete bereits 1880, dass es magnetische Werkstoffe gibt, die sich beim Eintritt in ein Magnetfeld erwärmen und beim Entfernen aus dem Magnetfeld wieder abkühlen. Magnetfeldbasierte Kühlgeräte sind seit den dreißiger Jahren im Einsatz – bislang allerdings nur in Laborumgebung. Mit den neuen Werkstoffen, so heißt es, lasse sich ein weitaus größerer Effekt erzielen.

Schon bei normalen Umgebungstemperaturen entstehen in schwachen Magnetfeldern große Temperaturunterschiede, die sich mittels Wärmeaustausch zur Kühlung nutzen lassen. Als Innovationsspezialist im Energiemanagement will Delta auf dieser Grundlage kleine Kühler für Haushaltsgeräte entwickeln.

Kühlgeräte-Prototypen sollen das Energieeinsparpotenzial zeigen

„Wir stehen in den Startlöchern. Was wir jetzt brauchen, sind Prototypen für Kühlgeräte, um das Energiesparpotenzial an Geräten aus dem Alltag zeigen zu können“, sagt Dr. Thomas Weber, Geschäftsführer der BASF Future Business, die die Arbeiten zu Materialoptimierung, Formgebung und Produktionsverfahren koordiniert. Bis zu 50% der Energie lassen sich nach ersten Schätzungen der Werkstoffforscher einsparen, wenn anstelle eines herkömmlichen Kühlschranks mit Kompressor ein Gerät mit magnetischer Kühltechnik eingesetzt wird.

Marktfähige Anwendungen der magnetokalorischen Kühlung sind laut BASF nur dann möglich, wenn genügend bezahlbare Rohstoffe vorhanden sind. So arbeiten die Werkstoffforscher unter anderem an chemisch stabilen Mangan-Eisen-Verbindungen, die sich durch eine geringe Volumenausdehnung bei einem besonders stark ausgeprägten magnetokalorischem Effekt auszeichnen.

Mangan-Eisen-Verbindungen sollen den Durchbruch bringen

Diese Einsatzstoffe sind in der Herstellung preisgünstiger als das bisher verwendete Metall Gadolinium und seine Salze. Derzeit wird die Produktion größerer Mengen für die industrielle Anwendung getestet. Eines der Hauptziele der Magnetokalorik-Forschung bleibt die Energieeinsparung in zahlreichen potenziellen Anwendungsgebieten von der Kälteproduktion in der Prozessindustrie über Autoklimaanlagen, die Kühlung von Elektronikkomponenten bis hin zum Kühlschrank. Laut BASF sind zum Beispiel Kühlschränke für etwa ein Fünftel des gesamten privaten Energieverbrauchs verantwortlich.