Science
10.07.2014

Kühlschränke sollen durch Magnete Energie sparen

Durch Ausnutzen des magnetokalorischen Effekts sollen geräuschlose Kühlschränke entwickelt werden, die weitaus weniger Energie und keine giftigen Chemikalien benötigen.

Gewisse Materialien verändern ihre Temperatur, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Ferromagnetische Materialien etwa erwärmen sich, wenn sie magnetisiert werden und kühlen ab, wenn das Magnetfeld abgeschaltet wird. Mit einer Kühlflüssigkeit kann so eine Wärmepumpe konstruiert werden, die deutlich energieeffizienter funktioniert, als bei heutigen Kühlschränken. Das Prinzip ist schon lange bekannt, bislang haben aber verschiedene Probleme einen Einsatz im Alltag verhindert. In Wissenschaft und Industrie kommt der magnetokalorische Effekt bei der Kühlung auf extrem tiefe Temperaturen hingegen regelmäßig zum Einsatz, aber die benötigten Materialien sind oft selten und teuer. Die bekannten Verbindungen reagieren zudem oft zu langsam auf Änderungen des Magnetfelds und zeigen den nötigen Effekt nur bei tiefen Umgebungstemperaturen. Die Magnetfelder müssen zudem meist sehr stark sein, damit der Kühleffekt groß genug ist und die mechanische Energie, die nötig ist, um das Material in das Magnetfeld hinein und wieder heraus zu befördern, ist ebenfalls nicht zu vernachlässigen.

Zuletzt haben aber verschiedene Forschungsgruppen Fortschritte bei der Entwicklung alltagstauglicher Kühlaggregate erzielt. Ein Team des National Institute of Standards and Technology in Boulder, Colorado, hat eine Verbindung entdeckt, die bessere Eigenschaften aufweist, als bisher eingesetzte magnetische Materialien. Eine Mischung aus Gadolinium, Silizium und Germanium, die mit Spuren von Eisen versehen wird, eignet sich demnach hervorragend als Kühlelement, wie die FAZ berichtet. Allerdings sind die erforderlichen Magnetstärken mit fünf Tesla immer noch zu groß für einen Einsatz im Haushalt. Die Wissenschaftler arbeiten aber bereits daran, Materialien zu finden, die schon mit Feldstärken von ein bis zwei Tesla funktionieren. Diese ließen sich bereits mit Permanentmagneten realisieren.

Halbierter Verbrauch

Eine andere Forschergruppe mit kanadisch-bulgarischer Beteiligung hat hingegen ein Material gefunden, das schon einen starken magnetokalorischen Effekt zeigt, wenn es lediglich in einem Magnetfeld gedreht wird - allerdings nur bei tiefen Temperaturen. Das könnte die Konstruktion von kompakten Kühlagregaten erlauben, die noch sparsamer sind, da das magnetische Material nicht in das Magnetfeld und wieder heraus geschoben werden, sondern lediglich in Rotation versetzt werden muss, wie eurekalert berichtet. Das Material, das die Forscher verwenden, besteht aus Holmium, Mangan und Sauerstoff. Die Wissenschaftler suchen jetzt nach Verbindungen, die ähnliche Eigenschaften schon bei Raumtemperatur aufweisen.

Erste Kühlschränke auf Magnetbasis könnten schon in wenigen Jahren in den Geschäften stehen. Unternehmen wie Whirlpool oder Toshiba arbeiten bereits an entsprechenden Prototypen, wie trendlink berichtet. Erste Tests versprechen eine Halbierung des Energieverbrauchs im Vergleich zu heutigen Geräten. Wenn die Forscher weiterhin bessere Materialien finden, könnte sich dieser Wert sogar noch verbessern.