Elastokalorik-Klimaanlage: Wie man mit dünnen Drähten kühlen und heizen kann
Eine Millionenförderung unterstützt die energieeffiziente Elastokalorik-Klimaanlage, die Wohngebäude zimmerweise kühlen und heizen kann. Diese Technologie nutzt Nickel-Titan-Materialien, um Wärme über Lüftungsschlitze zu transportieren, ohne schädliche Kältemittel zu verwenden.
Prof. Dr. Paul Motzki ist Inhaber der Professur für Smarte Materialsysteme für innovative Produktion an der Universität des Saarlandes.
Foto: Sophie Lessure
Kühlen und Heizen sind zentrale Herausforderungen angesichts des Klimawandels und der begrenzten Energieressourcen. Herkömmliche Methoden verursachen einen hohen Energieverbrauch und belasten das Klima sowie die Umwelt durch Treibhausgase und schädliche Kältemittel. Eine Alternative bietet nun eine nachhaltige Lösung.
Die innovative Klimatechnik Elastokalorik ermöglicht eine effiziente Kühlung und Heizung von Gebäuden ausschließlich über Lüftungsschlitze. Sie nutzt dünne Drähte oder Bleche aus Nickel-Titan, die durch Belastung und Entlastung Wärme transportieren, ohne dabei klimaschädliche Kältemittel zu benötigen. Damit ist sie energieeffizienter und nachhaltiger als herkömmliche Verfahren.
Investition in Höhe von vier Millionen Euro
Das Pathfinder-Programm des Europäischen Innovationsrates (EIC) fördert visionäre und radikal neue Technologien, die das Leben verändern, globale Probleme lösen und neue Märkte schaffen können. Jetzt investiert der EIC vier Millionen Euro in ein Projekt des Elastokalorik-Pioniers Paul Motzki. Sein Team an der Universität des Saarlandes arbeitet dabei mit europäischen Partnern an dieser Technologie zusammen. Neben den Forscherinnen und Forschern aus Saarbrücken sind auch die Universitäten in Ljubljana und Neapel (Federico II) sowie das irische Unternehmen Exergyn an dem Projekt beteiligt.
Sowohl das US-Energieministerium als auch die Europäische Kommission haben diese Klimatechnologie bereits als vielversprechendste Alternative zu den bisherigen Verfahren anerkannt. Kürzlich hat auch das Weltwirtschaftsforum (WEF) die Elastokalorik in seine TOP-Ten-Technologien für 2024 aufgenommen.
„Wir wollen Häuser mit unserer Technologie nicht mit einer zentralen Anlage beheizen und kühlen, sondern dezentral und individuell jeden einzelnen Raum. Hierfür entwickeln wir eine kompakte Einheit, die unsere Technologie enthält, und künftig zum Beispiel in neuen Häusern direkt mit dem ohnehin erforderlichen Lüftungssystem eingebaut werden kann“, erklärt Professor Paul Motzki, der das Konsortium des Projektes SMACool leitet.
Im Rahmen des Projekts „SMACool“ soll in den nächsten drei Jahren ein Prototyp einer Klimaanlageneinheit für Wohnhäuser entwickelt werden. Diese Einheit nutzt schmale Lüftungsschlitze in den Außenwänden, um Frischluft ins Haus zu leiten. Die Luft wird je nach Bedarf erwärmt oder gekühlt, bis die gewünschte Wohlfühltemperatur für den jeweiligen Raum erreicht ist.
Elastokalorik funktioniert als Wärmepumpe und Kühlanlage zugleich
„Die Elastokalorik funktioniert als Wärmepumpe und Kühlanlage zugleich. Sie ist energieeffizienter und nachhaltiger als heutige Klimatechnik und kommt gänzlich ohne klimaschädliche Kältemittel aus. Der Wirkungsgrad elastokalorischer Materialien beläuft sich auf mehr als das Zehnfache im Vergleich zu heutigen Klima- oder Heizanlagen – sie werden deutlich weniger Strom benötigen“, erklärt Paul Motzki. „Mit dem in diesem Projekt geplanten Verfahren erreichen wir beim Kühlen und auch beim Heizen Temperaturdifferenzen jeweils von rund 20 Grad Celsius“, sagt der Experte für smarte Materialsysteme.
Wie funktioniert Elastokalorik?
Das neue Heiz- und Kühlverfahren nutzt ein scheinbar einfaches Prinzip: Wärme wird aus einem Raum entfernt oder in einen Raum gebracht, indem ein Material mit Formgedächtnis, wie z.B. Nickel-Titan-Drähte, belastet (gezogen) und dann wieder entlastet wird. Dabei nimmt das Material Wärme auf und gibt sie wieder ab. Die Saarbrücker Forscher verwenden die superelastische Legierung Nickel-Titan für dieses Verfahren. Materialien aus dieser Legierung nehmen nach Verformung ihre ursprüngliche Form wieder an, weil sie zwei Kristallgitter bzw. Phasen besitzt, die ineinander übergehen können. Im Gegensatz zu Wasser, das zwischen fest, flüssig und gasförmig wechselt, sind beide Phasen von Nickel-Titan fest, aber sie können ineinander übergehen. Während dieses Prozesses nehmen die Drähte Wärme auf und geben sie wieder ab.
Das Forschungsteam arbeitet jetzt daran, die Technologie weiterzuentwickeln, sowohl in Bezug auf Verfahren als auch Design, damit sie praktisch in Wohnhäusern eingesetzt werden kann. Die Herausforderung besteht darin, eine Apparatur zu entwickeln, die in einem geschlossenen Kreislaufsystem optimal funktioniert. Dabei soll der beste Kühl- oder Heizeffekt erzielt werden, wenn Luft durch das System geleitet wird.
Paul Motzki erklärt, dass sie nun dünnere Bleche aus Nickel-Titan anstelle der bisher verwendeten Drähte einsetzen werden, um das Verfahren weiterzuentwickeln. Dies geschieht aufgrund der größeren Oberfläche dieser Bleche, die mehr Wärme aufnehmen und abgeben können.
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