Ohne Kältemittel: Forscher entwickeln neue Art von Wärmepumpe

Forscher haben wohl endlich einen Weg gefunden, den elektrokalorischen Effekt praxistauglich werden zu lassen. Das kann eine völlig neue Form von Wärme­pumpen hervorbringen, die ohne die oft umweltschädlichen Kältemittel auskommt.

Neues aus Altem

Im Journal Science haben Materialwissenschaftler der britischen University of Cambridge eine Arbeit veröffentlicht, die im Grunde eine Kombination verschiedener bereits bekannter Technologien darstellt. Das Besondere daran ist, dass das Zusammenspiel der verschiedenen Elemente den elektrokalorischen Effekt besonders geschickt ausnutzt.

Durch diesen ist es möglich, Materialien dazu zu bringen, beim Vorhandensein elektromagnetischer Felder Wärmeenergie aus der Umgebung aufzunehmen. Obwohl man dieses Phänomen bereits seit Jahrzehnten kennt, erwies es sich bisher aber als zu wenig effektiv, um praktische Anwendungen in größerem Stil zu ermöglichen.


Wie genau der Effekt funktioniert, ist nicht endgültig geklärt. Der aktuelle Forschungsstand sieht so aus, dass ein elektrisches Feld die elektrostatischen Pole in einer Kristallstruktur in eine bestimmte Richtung ausrichtet. Dieser Übergang von einer vorherigen Unordnung zu einer Ordnung bedeutet, dass die Entropie an dieser Stelle abnimmt. Die Gesetze der Thermodynamik besagen jedoch, dass die Gesamtentropie eines Systems niemals abnehmen kann; wenn sie also irgendwo abnimmt, muss sie an anderer Stelle zunehmen.

Weniger Komplexität

"Die einzige Möglichkeit für das Material, diese zusätzliche Unordnung loszuwerden, besteht darin, sie in das Gitter seiner Kristallstruktur zu schütten", erklärte der Physiker Emmanuel Defay. Diese zusätzliche Unordnung bedeutet entsprechend, dass die Atome selbst schneller zu schwingen beginnen, was zu einem Anstieg der Temperatur führt - und die dafür benötigte Energie der Umgebung entzogen werden muss.

Dieses Verhalten entspricht letztlich also dem, was in einer herkömmlichen Wärmepumpe, wie man sie in Kühlschränken und Klimaanlagen findet, über das Verdampfen eines Kältemittels erreicht wird. Statt dieser flüssigen Substanz arbeitet das neue System einfach nur mit einem keramischen Feststoff. Es kann so wesentlich weniger komplex aufgebaut werden und birgt dadurch geringere Risiken.


Siehe auch: