Elektrokalorik: Effizientere Wärmepumpe braucht kein Kältemittel
Eine Forschungsgruppe des Fraunhofer-Instituts für physikalische Messtechnik (IPM)(öffnet im neuen Fenster) hat mit der Qurie GmbH ein Start-up gegründet, das Wärmepumpen mit einem festkörperbasierten Kühlsystem bauen will. Statt eines Kompressors und des zugehörigen Kältemittels wird ein kalorisches Material(öffnet im neuen Fenster) verwendet, dessen Temperatur sich in einem elektrischen Feld ändert.
Das Prinzip kann eine bis zu 60 Prozent höhere Wärme- und Kühlleistung erreichen als dies mit einer klassischen Wärmepumpe möglich wäre. Im Umkehrschluss könnte die identische Heizleistung mit 40 Prozent weniger Energie erreicht werden.
Statt vier- bis fünfmal so effizient zu heizen wie eine Gas- oder Ölheizung, wäre die Technik auf elektrokalorischer Basis in der Lage, den Energieaufwand auf ein Siebtel bis Achtel zu reduzieren.
Vorteile beim Aufbau kommen hinzu
Neben der effizienteren Energieumwandlung bietet auch der grundlegende Aufbau einige Vorteile. Ohne Kompressor und ohne zusätzliches Kältemittel ist der Betrieb einer solchen Wärmepumpe geräuschärmer und benötigt weniger Wartungsarbeiten. Das Forschungsteam erwartet zudem, dass die Geräte in einer zukünftigen Serienproduktion günstiger sein können als aktuelle Wärmepumpen.
Eine Flüssigkeit kommt dennoch zum Einsatz. Sie wird in einer Innovation des Fraunhofer IPM genutzt, die von dem Start-up bis zur Marktreife weiterentwickelt werden soll.
Sogenannte elektrokalorische Heatpipes, gefüllt mit Wasser oder Ethanol, erlauben durch Verdampfen und Kondensieren eine wesentlich schnellere Wärmeabfuhr. Dadurch steigt die Pumpfrequenz und der Wärmetransport wird hoch genug, um die elektrokalorische Wärmepumpe praktisch zu nutzen.
Zunächst nur für die Nische
Geplant ist laut Bericht zuallererst der Einsatz in speziellen Umgebungen, zum Beispiel als Kühlsystem in Schaltschränken und Lasersystemen. Beweist sich die Technik dort, könnten anschließend passende Geräte für den gewerblichen und später auch den privaten Gebrauch gebaut werden.
Die Chancen, dass das System in der Praxis funktioniert, stehen recht gut. Immerhin wird seit 10 Jahren am Fraunhofer IPM an kalorischen Wärmepumpen geforscht. Bleibt nur die Frage, ob die Geräte, die aktuell nur im Labor existieren, auch in Serie und damit bezahlbar gebaut werden können.
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