So funktioniert die nächste Klimaanlagen-Generation
So funktioniert die nächste Klimaanlagen-Generation
spiegel.de: Hitzewellen lassen die Nachfrage nach Klimatisierung steigen. Aus Deutschland kommt eine neue, energiesparende Technologie.
Die neue Ära bricht in einem Darmstädter Supermarkt an, auch wenn der Auftakt eher unscheinbar anmutet. Dort steht seit Mitte Juli eine Kühltheke, die sich äußerlich nicht von gebräuchlichen Frischetruhen unterscheidet. Die Neuerung ist im Inneren des Geräts versteckt. Dort strömt kein Kältemittel wie Propan, Butan, Kohlendioxid oder sogenannte F-Gase durch die Apparatur, gekühlt wird vielmehr mithilfe von Magnetismus.
Ein »kryogenes Zeitalter« habe begonnen, sagt Oliver Gutfleisch. Das möge paradox klingen angesichts von Klimawandel und der damit einhergehenden globalen Erwärmung, sagt der Materialforscher von der TU Darmstadt. Aber gerade weil die Temperaturen weltweit steigen, werde das Erzeugen von Kälte enorm an Bedeutung gewinnen.
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Gewiss, Gutfleisch ist befangen. Aus seinem Labor ist vor sieben Jahren »Magnotherm« hervorgegangen, jenes Start-up, das die neue Kühltheke im Darmstädter Supermarkt entwickelt hat. Aber auch Fatih Birol, der Chef der Internationalen Energieagentur IEA, warnt, die Welt stehe vor einer »Kältekrise«. Die Klimatisierung von Wohn- und Büroräumen sei in vielen Ländern ein drängendes und zu wenig beachtetes Zukunftsproblem.
Europa erhitzt sich schneller als die anderen Kontinente
Schon vor zehn Jahren stellte die IEA fest, dass jede zehnte weltweit produzierte Kilowattstunde Strom für die Kühlung von Räumen aufgewendet wird. Und der Bedarf wird steigen. Mit jeder Hitzewelle wächst das Interesse an Ventilatoren und Klimaanlagen, gerade in Europa, wo die Temperaturen schneller als auf jedem anderen Kontinent steigen. Und auch die gigantischen, für KI-Anwendungen errichteten Datenzentren verlangen nach immer mehr Kühlung.
Zudem verschiebt sich das globale Wirtschafts- und Bevölkerungswachstum in Richtung Globaler Süden, hin zu heißen, tropischen Ländern wie Indien oder Indonesien. In den heißesten Regionen der Welt leben IEA-Angaben zufolge bisher nur acht Prozent der Menschen in klimatisierten Wohnungen. Zum Vergleich: In den USA oder Japan sind es schon heute rund 90 Prozent.
In Anbetracht solcher Aussichten sei es erstaunlich, wie sehr die Entwicklung der Kühltechnik stagniert, sagt Gutfleisch: »Licht, Motoren, Datenspeicher, Stromerzeugung: Nennen Sie mir eine Technologie, die sich im Verlauf der vergangenen hundert Jahre nicht grundlegend verändert hat.« Die Kühltechnik sei die einzige, die ihm einfalle.
Seit 190 Jahren beruht sie auf dem Prinzip der Gasverdichtung: In Kühlschränken oder Klimaanlagen wird zunächst ein gasförmiges Kältemittel durch Druck und anschließende Wärmeabgabe verflüssigt. Wenn man es dann wieder entspannt, verdampft es. Bei diesem Phasenübergang wird der Umgebung sogenannte latente Wärme entzogen – sie kühlt sich ab.
Wie viel Strom ließe sich dank neuer Ansätze einsparen?
Das Potenzial dieses Ansatzes sei weitgehend ausgereizt, erklärt der Darmstädter Forscher. Höhere Effizienz werde sich nur mithilfe sogenannter Festkörperkühlung erreichen lassen. Auch dabei sei ein Phasenübergang entscheidend, nur sei es in diesem Fall ein Festkörper, der von einem Zustand in einen anderen übergehe.
Drei Arten solcher Phasenübergänge werden derzeit zum Zweck der Kühlung genutzt:
- Bei der sogenannten Magnetokalorik entsteht Kälte, indem eine magnetische Legierung entmagnetisiert wird.
- Bei der Elastokalorik wird ein Material durch mechanische Kraft in einen anderen Kristallzustand versetzt.
- Bei der Elektrokalorik werden der Phasenübergang und damit der Abkühlungseffekt durch äußerlich angelegte und wieder entfernte elektrische Felder bewirkt.
Alle drei Varianten kommen ohne den Einsatz von Kältemitteln aus, die ihrerseits erhebliche Nachteile haben: Fluorkohlenwasserstoffe (»F-Gase«) eignen sich zwar gut zur Kühlung, haben aber eine extrem starke Treibhauswirkung; Butan und Propan sind leicht entflammbar; Ammoniak ist giftig, und Kohlendioxid taugt nur unter sehr hohem Druck als Kältemittel…. weiterlesen
