ein Kühlschrank mit künstlichen „Muskeln“

Das Kühlen oder Heizen eines Raums mit Klimaanlage ist ein Problem. Es ist klar, dass sie ihre Funktion erfüllen, aber es sind keine sehr effizienten Systeme, die Umweltverschmutzung verursachen und unsere Stromrechnung verschlingen. Es gibt Alternativen zur Klimaanlage (zum Beispiel Deckenventilatoren oder Verdunstungsklimageräte), aber es gibt auch diejenigen, die nach effizienteren Lösungen suchen, ohne auf eine angenehme Temperatur zu verzichten.

Und der Schlüssel könnte in einem lungenähnlichen System liegen, das dank einer Legierung namens Nitinol Kälte und Wärme erzeugt.

künstliche Muskeln. Nitinol ist eine Legierung aus Nickel und Titan, die eine sehr interessante Eigenschaft besitzt: Sie verfügt über einen Formgedächtniseffekt. Dadurch können sie je nach Temperatur sanft und schnell ihre Form wiedererlangen. In seiner inneren Zusammensetzung bewegen sich die Atome ein wenig gegenüber ihrer Gleichgewichtslage. Wenn es abkühlt, ist es formbar und kann seine Form ändern, wobei es bei Hitzeeinwirkung wieder seine ursprüngliche Form annimmt.

Die Legierung, die atmet. Wenn wir das über Nitinol wissen, schauen wir uns die Arbeit an, die sie an der Universität des Saarlandes durchgeführt haben. Im Grunde ist es das, was man auf dem Titelbild sieht: eine Art Kühlschrank, in den nur eine Flasche passt. Ja, es ist nicht das effizienteste Ding der Welt, aber es ist nur ein Prototyp, der mit etwas erstellt wurde, das sie „künstliche Muskeln“ auf Nitinolbasis nennen.

Diese Legierung deckt den Innenbereich ab und funktioniert dank eines Nockenantriebs, der die Nitinol-„Drähte“ kontinuierlich dreht. Es handelt sich um etwa 200 Mikrometer dicke Balken aus dieser Legierung, die eine kreisförmige Kühlkammer umgeben, und der Vorgang ist „einfach“: „Während sie sich im Kreis bewegen, werden sie auf der einen Seite mechanisch belastet und auf der anderen Seite entladen“, erklärt Lukas Ehl , einer seiner Manager.

Dadurch wird die Luft durch die rotierenden Balken der Kühlkammer in den Außenbereich geleitet und kurz gesagt: Sie nehmen die Wärme aus dem Inneren der Kammer, die gekühlt werden soll, auf und geben sie nach außen ab. Wie beim Atmen kalte Luft einsaugen und heiße Luft wieder abgeben.

Kühlschrank-Heizung. „Bei dieser Methode wird die Kühlkammer um etwa 10-12 Grad Celsius gekühlt“, sagt Nicolas Scherer, ein weiterer Forscher des Projekts. Dies findet nun nicht nur in Kühlschränken Anwendung, sondern auch in Heizsystemen, da, wie bereits erwähnt, die aus dem Kühlraum angesaugte Luft in Form von Wärme aus diesem ausgestoßen wird. Tatsächlich funktioniert der von ihnen hergestellte Prototyp eines Kühlschranks kontinuierlich sowohl als Kühlschrank als auch als Heizung.

Es handelt sich um einen ganz anderen Prozess als die aktuellen, der auf Widerständen basiert, die die Luft um sich herum erwärmen, oder auf Klimaanlagen, die ein System aus Gasen und Kompressoren verwenden.

Effizienter und verantwortungsbewusster. Stefan Seelecke leitet die Forschung an der Universität des Saarlandes und erklärt, dass dieses elastokalorische Verfahren „Temperaturunterschiede von etwa 20 Grad Celsius ermöglicht, ohne dass klimaschädliche Kältemittel eingesetzt werden müssen.“ Darüber hinaus sorgt es dafür, dass es aus energetischer Sicht deutlich effizienter ist als aktuelle konventionelle Technologien.

Und es scheint kein kleines Projekt zu sein, denn diese Technologie ist das Ergebnis von mehr als einem Jahrzehnt Forschung in Projekten dieser Art, die zu neuen Transferformaten geführt haben. Insgesamt hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung rund 17 Millionen Euro in diese Projekte investiert und sowohl die Europäische Kommission als auch das US-Energieministerium halten diese Lösung für eine vielversprechende Alternative zu aktuellen Technologien.

Jenseits des Kühlschranks. Obwohl die Theorie einfach ist, gibt es eine Reihe von Problemen, die Forscher untersuchen müssen, damit das System funktionsfähig ist. Zum Beispiel, wie viele Kabel gebündelt werden sollten, wie stark und wie lange sie gedehnt und zusammengezogen werden sollten, um sowohl eine optimale Leistung als auch eine gute Lebenserwartung zu gewährleisten. Dazu haben sie eine Software entwickelt, mit der sie die Variablen berechnen, Szenarien simulieren und den Produktzyklus untersuchen können: von der Produktion der Materialien über die Herstellung der Geräte bis hin zu deren Recycling.

Paul Motzki, Professor an der Universität des Saarlandes und dem ZeMa, ist davon überzeugt, dass Kühlhäuser nur der Anfang sind und dass das Potenzial der Elastokalorik für „eine breite Palette von Anwendungen, wie z. B. Industriekühlung, Kühlung von Elektrofahrzeugen und -geräten“ untersucht werden muss. Ein weiteres Problem besteht darin, beispielsweise in einem Haushaltskühlschrank die von dem Gerät erzeugte Wärme einzudämmen, sodass im Sommer die Lebensmittel nicht kalt sind, sondern das Haus in einen Ofen verwandelt wird.

Die Verantwortlichen dieses Projekts werden ihre Nitinol-Kühlkammer mit zur Hannover Messe bringen, die vom 22. bis 26. April stattfindet. Sicherlich können wir eine Demonstration dieser interessanten Anwendung haben.

Bild | Universität des Saarlandes

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