Umweltfreundliche Klimaanlagen 05.01.2023, 07:00 Uhr

Salze zum Kühlen oder Heizen – werden halogenhaltige Kühlmittel bald überflüssig?

Fluorkohlenwasserstoffe schädigen die Ozonschicht; sie kommen aber nach wie vor in Klimaanlagen zum Einsatz. Forschende haben jetzt ein alternatives Verfahren entwickelt. Sie nutzen die Phasenumwandlung von Salzen.

Streusalz

Altes Prinzip, neue Idee: Aus Salzen haben Forschende ein Verfahren entwickelt, um zu kühlen oder zu heizen.

Foto: Panthermedia.net/Buurserstraat38

Streusalz ist bekanntlich extrem effektiv, um Straßenglätte entgegenzuwirken. Chemisch handelt es sich um Natriumchlorid. Es senkt den Gefrierpunkt von Wasser je nach ausgebrachter Menge mehr oder minder stark. Beim Lösen entzieht das Salz seiner Umgebung Energie in Form von Wärme. Das Prinzip verwenden Ingenieurinnen und Ingenieure am Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, für eine innovative Methode zum Heizen und zum Kühlen.

Sie machen sich zu Nutze, wie Energie gespeichert oder freigesetzt wird, wenn ein Material seine Phase ändert. Schmelzen Feststoffe, nehmen sie Wärme aus der Umgebung auf, während sie beim Erstarren Wärme abgeben. Beim ionokalorischen Zyklus, dem neu entwickelten Verfahren, kommt es durch den Fluss von Ionen, also geladenen Teilchen, zum Phasen- und Temperaturwechsel. Natriumchlorid etwa besteht aus Natrium-Kationen und Chlorid-Anionen. Sie bilden im festen Zustand ein Kristallgitter.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Airbus-Firmenlogo
Program Certification Engineering (d/m/f) Airbus
Manching Zum Job 
Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Gruppenleiter (m/w/d) Konstruktion Stahlbrücken Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
Sengenthal Zum Job 
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Projektmanager (m/w/d) Infrastrukturprojekte Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart Zum Job 
Hamburger Hochbahn AG-Firmenlogo
IT-Systemingenieur*in Leitsysteme Busbetrieb Hamburger Hochbahn AG
Hamburg Zum Job 
Allbau Managementgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauprojektleitung (m/w/d) "Technische Projekte" Allbau Managementgesellschaft mbH
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Projektmanagement Bereich Mobilität / Verkehr THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Projektleiter:in für große Investitionsprojekte (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Planungskoordinator (m/w/d) im Projekt Zukunftsquelle Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
FCAS2023 Flight Simulation Architect (d/f/m) Airbus
Manching Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Leitende:r Ingenieur:in der technischen Betriebsführung / Klärwerk Wansdorf (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Schönwalde-Glien Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
FCAS2023 Flight Simulation Integration Engineer (d/f/m) Airbus
Manching Zum Job 
Cycle GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur für Elektronik (m/f/d) Cycle GmbH
Hamburg Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Projektmanagement Bereich verfahrenstechnischer Anlagenbau (Chemie und Pharma) THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover,Berlin,Leipzig,Hamburg Zum Job 
Mitscherlich PartmbB-Firmenlogo
Patentingenieur (w/m/d) Fachrichtung Elektrotechnik, Nachrichtentechnik, Maschinenbau oder vergleichbar Mitscherlich PartmbB
München Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Elektrotechnik (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen,Lingen (Ems) Zum Job 
newboxes GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Produktentwicklung (m/w/d) newboxes GmbH
Deutschlandweit Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR) (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Automatisierungstechnik (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
Leviat GmbH-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) Leviat GmbH
Langenfeld (NRW) Zum Job 
ILF Beratende Ingenieure GmbH-Firmenlogo
Projekt- und technischer Angebotsingenieur (m/w/d) ILF Beratende Ingenieure GmbH
München, Bremen, Hamburg, Essen, Berlin Zum Job 

Kühl- und Heizenergie sparen: Smarte Fensterbeschichtung dämmt und kühlt

Mit dem neuen Kühlverfahren Klimaziele erreichen

Doch warum ist ein neues Verfahren derart wichtig? Die Suche nach einer Lösung, um derzeit verfügbare Kühlmittel zu ersetzen, ist für alle Länder von entscheidender Bedeutung, wenn sie Klimaziele erreichen wollen, die im Kigali-Abkommen festgelegt worden sind. Das Dokument verpflichtet alle Unterzeichnerstaaten, die Produktion und den Verbrauch von Fluorkohlenwasserstoffen (FKW) in den nächsten 25 Jahren um mindestens 80% zu verringern. FKW sind stark wirksame Treibhausgase, die häufig in Kühlschränken und Klimaanlagen vorkommen und die Wärme effektiver als Kohlendioxid speichern.

„Niemand hat bisher erfolgreich eine alternative Lösung entwickelt, die Kälte erzeugt, effizient arbeitet, sicher ist und die Umwelt nicht belastet“, sagt Drew Lilley. Er ist Mitarbeiter am Berkeley Lab. Lilley bewertet vor allem kommerziell verfügbare Kühlmittel als kritisch unter ökologischen Gesichtspunkten; neue Ideen seien gefragt. „Wir glauben, dass der ionokalorische Kreislauf das Potenzial hat, all diese Ziele zu erreichen, wenn er entsprechend umgesetzt wird“, sagt er.

In Zeiten der globalen Erwärmung: Lebensmittel oder Medikamente umweltfreundlich an entlegenen Standorten kühlen – wie das gelingt

Wie funktioniert der ionokalorische Kreislauf beim Heizen oder Kühlen?

Der jetzt vorgestellte ionokalorische Zyklus reiht sich mehrere neue Technologien ein. Forschende nutzen beispielsweise Magnetismus, Druck, Dehnung oder elektrische Felder, um feste Materialien so zu manipulieren, dass sie Wärme aufnehmen oder abgeben.

Bei der ionokalorischen Kühlung verwenden sie jedoch Ionen, um den Phasenwechsel von fest zu flüssig zu erreichen. Lilley arbeitet mit Natriumiodid, einem Salz aus Iod und Natrium, sowie Ethylencarbonat, einem bekannten organischen Lösungsmittel. Wenn Strom durch das System fließt, werden Ionen bewegt – und der Schmelzpunkt des Materials verändert sich. Wenn es schmilzt, nimmt das Material Wärme aus der Umgebung auf. Entfernen Ingenieurinnen und Ingenieure die Ionen im elektrischen Feld, erstarrt das Material – und Wärme wird freigesetzt. Erste Experimente zeigte eine Temperaturänderung von 25 Grad Celsius mit weniger als einem Volt Spannung: ein größerer Temperaturanstieg als bei anderen früher untersuchten kalorischen Technologien.

Die Verwendung von Ethylencarbonat als Lösungsmittel bietet mehrere Vorteile. Es lässt sich pumpen. Dadurch gelingt es leichter, Wärme in das System zu bringen oder aus ihm abzutransportieren: ein Problem, mit dem die Festkörperkühlung zu kämpfen hat. „Außerdem haben wir die Möglichkeit, Kühlmittel zu verwenden, die nicht nur ein neutrales Treibhauspotential, sondern sogar ein negatives Treibhauspotential aufweisen“, erklärt Lilley. Bei der Herstellung von Ethylencarbonat kann Kohlendioxid aus der Luft eingesetzt werden.

Kommerzialisierung des Verfahrens zum innovativen Heizen und Kühlen

Lilley und seine Kolleginnen beziehungsweise Kollegen sind jedenfalls davon überzeugt, dass ihr Verfahren mit der Effizienz von Kühlmitteln, die kommerziell eingesetzt werden, konkurrieren kann oder diese sogar übertrifft. Sie arbeiten daran, drei Parameter zu optimieren: das Treibhauspotenzial des Kühlmittels, die Energieeffizienz und die Kosten der Anlage.

Nach erfolgreichen Laborexperimenten entwickeln die Forschenden jetzt mehrere Prototypen, um herauszufinden, wie die Technik skaliert werden kann. Sie hoffen, dass ihre Methode zum effizienten Heizen und Kühlen beitragen wird. Ein vorläufiges Patent haben die Forschenden bereits erhalten.

Mehr zu den Themen Heizen und Kühlen

Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.