Millionenförderung: Nachhaltige Elastokalorik-Klimaanlage soll Häuser zimmerweise kühlen und heizen
Mit der neuen Klimatechnik Elastokalorik wird es möglich, Gebäude nur über Lüftungsschlitze zu kühlen und zu heizen. Sie transportiert Wärme einfach, indem dünne Drähte oder Bleche aus Nickel-Titan belastet und entlastet werden. Dabei kommt sie ohne klimaschädliche Kältemittel aus und ist energieeffizient. Da ernationalen Konsortium eine EIC Pathfinder Challenge im Umfang von vier Millionen Euro: Ziel ist, den Prototyp einer dezentralen Wohnraumklimatisierung in den nächsten drei Jahren zu entwickeln.
Die Technologie könnte mit Blick auf den Klimawandel eine Alternative zu den herkömmlichen Kühl- und Heizmethoden werden, die viel Energie verbrauchen und Klima und Umwelt belasten. „Die Elastokalorik funktioniert als Wärmepumpe und Kühlanlage zugleich. Sie ist energieeffizienter und nachhaltiger als heutige Klimatechnik und kommt gänzlich ohne klimaschädliche Kältemittel aus. Der Wirkungsgrad elastokalorischer Materialien beläuft sich auf mehr als das Zehnfache im Vergleich zu heutigen Klima- oder Heizanlagen – sie werden deutlich weniger Strom benötigen“, erklärt Paul Motzki. „Mit dem in diesem Projekt geplanten Verfahren erreichen wir beim Kühlen und auch beim Heizen Temperaturdifferenzen jeweils von rund 20 Grad Celsius“, sagt der Experte für smarte Materialsysteme. Sowohl das Energieministerium der USA als auch die Kommission der Europäischen Union deklarierten diese Klimatechnologie bereits als zukunftsträchtigste Alternative zu den bisherigen Verfahren. Soeben hat auch das Weltwirtschaftsforum (World Economic Forum) WEF die Elastokalorik in seine TOP Ten Technologies 2024 aufgenommen.
Das neue Heiz- und Kühlverfahren beruht auf einem auf den ersten Blick einfachen Prinzip: Wärme wird aus einem Raum abtransportiert oder in einen Raum hineintransportiert, indem ein Formgedächtnismaterial, in Form etwa von Drähten, belastet, also zum Beispiel gezogen, und wieder entlastet wird. Dabei nimmt das Material Wärme auf und gibt sie wieder ab. Die Saarbrücker Forscher verwenden hierbei die superelastische Legierung Nickel-Titan. Materialien aus dieser Legierung nehmen ihre ursprüngliche Form wieder an, nachdem sie verformt werden. Der Grund: Sie besitzt zwei Kristallgitter, zwei Phasen, die sich ineinander umwandeln können. Während etwa Wasser die Phasen fest, flüssig und gasförmig annimmt, sind beide Phasen von Nickel-Titan fest. Aber eine Phase geht in die andere über. Und bei diesem Vorgang nehmen die Drähte Wärme auf und geben sie wieder ab. „Das Formgedächtnismaterial gibt Wärme ab, wenn es im superelastischen Zustand gezogen wird, und nimmt Wärme auf, wenn es entlastet wird“, erläutert Paul Motzki, der eine Brückenprofessur zwischen der Universität des Saarlandes und ZeMA innehat, wo er den Forschungsbereich „Smarte Materialsysteme“ leitet.
Das Forschungsteam arbeitet nun daran, die Technologie so von Verfahren und Design her weiterzuentwickeln, dass sie praxistauglich in Häusern eingebaut werden kann. Die Herausforderung liegt darin, eine Apparatur zu konstruieren, die in einem Kreislaufsystem so funktioniert, dass der beste Kühl- oder Heizeffekt erzielt wird, wenn Luft daran vorbeigeleitet wird. „Wir werden hier anstelle der Drähte, mit denen wir bislang vor allem gearbeitet haben, um das Verfahren zu entwickeln, dünne Bleche aus Nickel-Titan verwenden, weil diese durch die größere Oberfläche mehr Wärme aufnehmen und abgeben“, erläutert Paul Motzki.
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