Dank elektrokalorischem Effekt: Die Wärmepumpe steht vor dem Durchbruch

Wärmepumpen könnten eine wichtige Rolle beim Schutz des Klimawandels spielen. Sie beziehen den größten Teil der Energie, mit der Brauch- und Heizungswasser erwärmt wird, aus der Umwelt, aus der Luft, dem Grundwasser oder der Erde. Für das letzte Drittel wird Strom benötigt. Wenn dieser von Solarzellen geliefert wird, arbeitet das System umweltneutral.

Dennoch setzen sich Wärmepumpen bisher nicht durch. Das liegt an den hohen Anschaffungskosten und daran, dass umweltschädliche oder gar explosive Medien genutzt werden müssen. Forscher aus sechs Fraunhofer-Instituten wollen das jetzt ändern. Sie setzen auf die elektrokalorische Wärmepumpe, die kein Kältemittel benötigt. Sie kann zudem nach Bedarf Wärme oder Klimakälte für den Sommer liefern. Dazu kommt, dass ihr Wirkungsgrad höher ist als der heutiger Geräte, das heißt, sie verbraucht weniger Strom.

Elektrisches Feld sorgt für Erwärmung

Elektrokalorische Materialien erwärmen sich, wenn sie in ein elektrisches Feld geraten. Dieses entsteht zwischen zwei Platte, an die eine elektrische Spannung angelegt wird. Das elektrische Feld bewirkt eine Veränderung der Kristallstruktur. Wird das Feld abgeschaltet baut sich die alte Ordnung wieder auf, das Material kühlt ab. Im Sommer wird die Wärme abgeführt, sodass Klimakälte übrig bleibt, im Winter wird die Kälte abgeführt, sodass Wärme übrigbleibt. Elektrokalorische Wärmepumpen arbeiten lautlos. Daher sind sie auch für Elektroautos geeignet, zumal sie die Batterien weit weniger belasten als normale Elektroheizungen.

Neue Wärmepumpe soll die alte verdrängen

„Nach den Erkenntnissen, die wir bisher auf dem Gebiet gewinnen konnten, kann die Elektrokalorik disruptives Potenzial für die Wärme- und Kältetechnik haben“, sagt Professor Karsten Buse, Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik in Freiburg, der das Projekt leitet. Disruptive Techniken sind Innovationen, die eine bestehende Technik ablösen, weil sie weitaus besser ist. Herzstück der neuen Wärmepumpe ist eine thermische Diode, das ist ein technisches Gerät, das Wärme nur in eine Richtung überträgt. In vier Jahren wollen die Forscher eine Demonstrations-Wärmepumpe präsentieren, die eine Leistung von 100 Watt hat. Sie soll die Energie aus der Umwelt um 30 Grad erhöhen.

Teile den Artikel oder unterstütze uns mit einer Spende.

1 Kommentar

Manuel Neuer

26. Dezember 2019 at 14:06

Elektro- und magnetokalorische Materialien gibt es schon lange. Auch einen Weinkühlschrank baute BASF einst mit kooperierenden Forschern dazu.

Von “Durchbruch” kann bei dem Artikel hier keine Rede sein. Die Materialien sind weiterhin sehr teuer und die Temperaturdifferenz zu gering (Aussentemperatur -12 °C im Winter + 30 Kelvin, wie im Artikel versprochen, ergibt 18 °C – was will man damit heizen?).

Richtig ist aber, wenn es dereinst nach noch sehr vielen weiteren notwendigen Fortschritten funktionieren sollte, diese Geräte hätte eine relativ geringe mechanische Beanspruchung. Allerdings eilt die konventionelle Wärmepumpe/Kältemaschine mit Jahrzehnten mehr Erfahrung voraus. Es braucht die “Disruption” auch gar nicht, ein sinnvoller Einsatz in Nischen wäre schon wertvoll und sinnvoll, dort, wo bspw. der Lärm herkömmlicher Maschinen stört.