Forschung: Umweltfreundliches Kühlsystem mit ionokalorischem Kreislauf
Herkömmliche Kühlsysteme leiten die Wärme über ein Gas ab, das sich bei seiner Ausdehnung in einiger Entfernung abkühlt. Jedoch sind einige der Gase sehr umweltschädlich. Ein Forschungsteam von der kalifornischen Forschungseinrichtung Lawrence Berkeley National Laboratory und der staatlichen Berkeley-Universität haben eine neue Kühlmethode entwickelt: das ionokalorische Kreislaufsystem.
"Niemand hat bisher erfolgreich eine alternative Lösung entwickelt, die Kälte erzeugt, effizient arbeitet, sicher ist und die Umwelt nicht belastet" , berichtet der Maschinenbauingenieur Drew Lilley von der kalifornischen Forschungseinrichtung Lawrence Berkeley National Laboratory(öffnet im neuen Fenster) . "Wir glauben, dass der ionokalorische Zyklus das Potenzial hat, all diese Ziele zu erreichen, wenn er entsprechend umgesetzt wird."
Die Studie erschien am 22. Dezember 2022 im Fachmagazin Science(öffnet im neuen Fenster) unter dem Titel Ionocaloric refrigeration cycle (engl. Ionokalorischer Kühlkreislauf).
Das ionokalorische Kreislaufsystem zum Kühlen
Das Forschungsteam entwickelte eine Methode, bei der Energie gespeichert oder freigesetzt wird, wenn ein Material seine Phase wechselt und beispielsweise von festem Eis zu flüssigem Wasser wird. Erhöht man die Temperatur eines Eisblocks, schmilzt er – jedoch absorbiert der Schmelzvorgang dabei Wärme aus der Umgebung.
Eine Möglichkeit, Eis zum Schmelzen zu bringen, ohne die Hitze zu erhöhen, besteht darin, einige geladene Teilchen (Ionen) hinzuzufügen. Das Streuen von Salz auf Straßen, um die Eisbildung zu verhindern, ist ein gängiges Beispiel für diese Vorgehensweise.
Das Team führte unter anderem Experimente mit einem Salz aus Jod und Natrium durch, um Ethylencarbonat zu schmelzen. Dieses gängige organische Lösungsmittel wird auch in Lithium-Ionen-Batterien verwendet und unter Verwendung von Kohlendioxid hergestellt. Bei dem Experiment konnten die Wissenschaftler eine Temperaturverschiebung von 25 Grad Celsius durch die Anwendung von weniger als einem Volt (ungefähr 0,22 Volt) Ladung erreichen – mehr als vom Forschungsteam erwartet. Das System kann somit zu Kühlen und zum Heizen verwendet werden.
"Jetzt ist es an der Zeit, verschiedene Kombinationen von Materialien und Techniken zu testen, um die technischen Herausforderungen zu meistern" , sagt der Maschinenbauingenieur Ravi Prasher vom Lawrence Berkeley National Laboratory. Mit dieser Technik könnten das Treibhauspotenzial des Kältemittels, die Energieeffizienz und die kostengünstige Umsetzung der Anlage erreicht werden. Der nächste Schritt soll die Bereitstellung der Technologie für die kommerzielle Nutzung sein.