Herkömmliche Klimaanlagen und Wärmepumpen nutzen Kühlgas zum Kühlen oder Heizen von Häusern und Gebäuden, was potenzielle Gefahren für die Umwelt mit sich bringt. Ein Team europäischer Wissenschaftler versucht, dieses Problem mithilfe neuer experimenteller Materialien aus Keramik zu lösen.
Eine kürzlich in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie beschreibt eine neue Art von „Elektrokühlungs“-Material, eine Klimatisierungstechnologie, die Kühl- (oder Heizaufgaben) ohne den Einsatz gefährlicher oder potenziell umweltschädlicher Gase ausführen soll. Wissenschaftler am Luxembourg Institute of Technology in Belvaux haben durch die Kombination mehrerer bestehender Technologien einen neuen Prototyp auf Keramikbasis mit starker elektrischer Kühlwirkung entwickelt.
Wenn elektrothermische Systeme einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, erhitzen sie sich, weil die elektrisch unausgeglichenen Atome im Material gezwungen werden, sich kammartig in eine Richtung auszurichten. Der Entropiewert nimmt ab und die ordentlich angeordneten Atome beginnen schneller zu schwingen, wodurch die Temperatur steigt.
Der neue Prototyp nutzt Flüssigkeiten, die zwischen Platten aus keramikähnlichem Material fließen, um überschüssige Wärme abzuleiten. Wenn das elektrische Feld ausgeschaltet wird, kehrt sich der Effekt um und das Material wird kühler als die Umgebungstemperatur, wodurch der Flüssigkeit Wärme entzogen wird. Dann beginnt der Zyklus von neuem.
Neil Mathur, Materialwissenschaftler an der Universität Cambridge, sagte, der elektrisch gekühlte Prototyp habe „Superleistung“ gezeigt. Beim Einsatz in Kühlschränken oder Klimaanlagen kann das neue Material Wärme an die Außenseite eines Gebäudes ableiten und gleichzeitig die Innenumgebung kühler halten. Eine Wärmepumpe hingegen kühlt die Außenumgebung, indem sie der Außenumgebung Wärme entzieht und sie in den Innenbereich bringt.
Bestehende Klimaanlagen sind hocheffizient, erfordern jedoch den Einsatz von Kältemitteln wie Fluorkohlenwasserstoffen oder Ammoniak, die direkt oder indirekt zum Treibhauseffekt beitragen. Der Elektrolyse-Prototyp erfordert keine Verwendung gefährlicher Gase und da er keinen Kompressor benötigt, kann er kleiner und einfacher gebaut werden.
Obwohl der Technologieprototyp einige bemerkenswerte Fähigkeiten gezeigt hat, ist er noch nicht reif für die Kommerzialisierung. Luxemburger Wissenschaftler müssen die Technologie weiter verfeinern und die Effizienz des neuen Materials steigern. Ihre aktuelle Priorität besteht darin, elektrische Wärmepumpen konkurrenzfähig zu denen zu machen, die in bestehenden Klimaanlagen zum Einsatz kommen.