Kühlschrank und Klimaanlage 10.02.2026, 13:30 Uhr

Kälte ohne Klimagase: Magnetische Kühlung durchbricht Dilemma

In vielen Kälteprozessen werden klimaschädigende Betriebsstoffe eingesetzt. Ein internationales Konsortium stellt nun mit der magnetischen Kühlung eine nachhaltige Alternative vor.

Zu sehen sind Teile eines Kühlkreislaufs einer Klimaanlage. Dazu gehören Kupferrohre und blaue Druckbehälter.

In Klimaanlagen und Kühlschränken kommen Kältemittel zum Einsatz. Die magnetische Kühlung soll nun eine umweltfreundliche Alternative bieten.

Foto: Smarterpix/DJSrki

Klimaanlagen, Kühlschränke und industrielle Kälteanlagen haben eines gemeinsam: Sie nutzen einen Kreislaufprozess mit einem Kältemittel. Ein Anlagenteil komprimiert das Medium, damit es später auf der Verdampferseite Energie aufnimmt. Das bewirkt den Kühleffekt. Experten sprechen von einem Dampfkompressionszyklus. Aufmerksamkeit bekam der Prozess durch das Verbot der lange Zeit genutzten Kältemittel auf Basis von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), einem klimaschädlichen Gas.

Das bisherige Dilemma mit der Kühlleistung

Inzwischen gibt es verschiedene Alternativen. Doch bislang gibt es ein grundlegendes Dilemma, das Forschende weltweit beschäftigt: Materialien mit hoher Kühlleistung leiden häufig unter irreversiblen Energieverlusten. Der als Hysterese bekannte Effekt führt dazu, dass die Kühlleistung unter Betriebsbedingungen schnell abnimmt. Umgekehrt erreichten die herkömmlichen, langlebigen Materialien nicht die für praktische Anwendungen erforderliche hohe Kühlleistung.

Forschende eines internationalen Konsortiums, darunter das NIMS in Japan, die TU Darmstadt und weitere renommierte Institute, haben nun in „Advanced Materials“ eine Studie veröffentlicht, die ein bedeutender Fortschritt in der Kühltechnologie sein könnte. Sie betrachten eine magnetische Kühlung als umweltfreundliche Alternative. Konkret geht es dabei um den magnetokalorischen Effekt (MCE). Das ist ein Phänomen, bei dem bestimmte Materialien ihre Temperatur ändern, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden.

Neues Materialdesign beim Kältemittel sorgte für Durchbruch

Der entscheidende Durchbruch ist demnach durch einen neuartigen Ansatz im Materialdesign gelungen. Durch die gezielte Feinabstimmung der Atombindungen mittels einer präzisen Kontrolle der chemischen Zusammensetzung konnten irreversible Energieverluste laut dem Team der TU Darmstadt minimiert werden. Die Studie konzentrierte sich dabei auf eine Verbindung aus Gadolinium (Gd) und Germanium (Ge): Gd₅Ge₄. Das magnetische Kühlmaterial erwärmt sich, wenn ein äußeres Magnetfeld die winzigen magnetischen „Spins“ der Atome ausrichtet.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Boyd Weiler GmbH & Co. KG-Firmenlogo
CAD-Konstrukteur (m/w/d) Boyd Weiler GmbH & Co. KG
Weiler-Simmerberg Zum Job 
TransnetBW GmbH-Firmenlogo
Senior Ingenieur Systemintegration und KI-basierte Performancebewertung (w/m/d) TransnetBW GmbH
Stuttgart Zum Job 
TransnetBW GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Systemführung Operative Betriebsplanung (w/m/d) TransnetBW GmbH
Stuttgart Zum Job 
Allbau Managementgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauprojektleiter (m/w/d) Allbau Managementgesellschaft mbH
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur* im Anforderungsmanagement DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
WipflerPLAN Planungsgesellschaft-Firmenlogo
Bauingenieur / Bautechniker Kommunaler Tiefbau (m/w/d) WipflerPLAN Planungsgesellschaft
Donauwörth, Nördlingen, Pfaffenhofen an der Ilm, Lauf an der Pegnitz Zum Job 
VINCORION Advanced Systems GmbH-Firmenlogo
Information Security Manager (all genders) VINCORION Advanced Systems GmbH
Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences-Firmenlogo
Professur "Wirtschaftsinformatik und Datenbanken mit dem Schwerpunkt IT-Venture-Design, Digital Enterprise und innovativer Lehre in Makerspace-Settings (W2)" Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences
Düsseldorf Zum Job 
Mehrer Compression GmbH-Firmenlogo
Senior-Ingenieur Auftragsengineering (m/w/d) Mehrer Compression GmbH
Balingen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Hamm Die Autobahn GmbH des Bundes
Hamm, Münster Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Dillenburg Die Autobahn GmbH des Bundes
Dillenburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
BIM-Manager (w/m/d) Niederlassung Westfalen Die Autobahn GmbH des Bundes
Hamm, Münster, Gelsenkirchen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Netphen Die Autobahn GmbH des Bundes
Netphen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Bochum Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Osnabrück Die Autobahn GmbH des Bundes
Osnabrück Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Hagen Die Autobahn GmbH des Bundes
SCHEIDL-Firmenlogo
Bauleiter (m/w/d) im Bereich schlüsselfertigen Wohnungsbau SCHEIDL
Moosburg/Landshut Zum Job 
INGENIEURBÜRO ZAMMIT GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Fachplanung Versorgungstechnik (m/w/d) INGENIEURBÜRO ZAMMIT GmbH
Achim, Celle, Salzgitter, Wolfsburg Zum Job 
Montanhydraulik GmbH-Firmenlogo
Meister (m/w/d) für die mechanische Fertigung Montanhydraulik GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
Technische Universität Graz-Firmenlogo
Universitätsprofessur für Process Systems Engineering (m/w/d) Technische Universität Graz
Graz (Östereich) Zum Job 

Bei ihrer Arbeit stellten die Forschenden fest, dass die Leistungsminderung dieses Materials auf strukturelle Übergänge während der magnetischen Übergänge zurückzuführen ist. Zur Lösung dieses Problems ersetzte das Team einen Teil des Germaniums durch Zinnatome (Sn). So stellen sie nach eigenen Angaben die kovalente Bindung des Materials gezielt ein.

„Diese chemische Modifikation stabilisiert den Abstand zwischen den Kristallstrukturschichten während der Zustandsänderungen“, heißt es dazu in einer Meldung der TU Darmstadt. Damit werden die atomaren Verschiebungen, die zuvor zur Degradation geführt hatten, wirksam gedämpft.

Schlüssel zur nachhaltigen Verflüssigung von Gasen

Laut den Forschenden sind die Auswirkungen dieser gezielten Anpassung tiefgreifend. Die effiziente Arbeitsweise dieser Materialien bei extrem tiefen Temperaturen im Bereich von circa -233 °C bis -113 °C macht sie demnach „zu einer hervorragenden Wahl für die Verflüssigung von Gasen wie Wasserstoff, Stickstoff und Erdgas“. Sie seien somit eine Schlüsselkomponente bei der Entwicklung umweltfreundlicher Gasverflüssigungstechnologien.

Das Material behalte nun seine Kühlleistung über wiederholte Zyklen hinweg bei und erreiche gleichzeitig mehr als eine Verdopplung der reversiblen adiabatischen Temperaturänderung von 3,8 °C auf 8 °C. Der Durchbruch verbessere demnach sowohl den magnetokalorischen Effekt als auch die Gesamtbeständigkeit des Materials und ebne damit den Weg für nachhaltige und leistungsstarke magnetische Kältemittel.

Künftig möchte das Konsortium diese Methodik auf ein breiteres Spektrum von Verbindungen anwenden. Konkret wollen die Forschenden die Technologie auf verschiedene Bereiche der Kühlung und Gasverflüssigung ausweiten.

 

Ein Beitrag von:

  • Martin Ciupek

    Martin Ciupek ist Ingenieur und Technikjournalist mit den Schwerpunkten Maschinenbau, Robotik und Automatisierungstechnik.

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.