Wissenschaftler haben eine revolutionäre neue Kühlmethode namens ionokalorische Kühlung entwickelt, die eine potenziell sicherere und umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Systemen bietet. Dieser Durchbruch, der von Forschern des Lawrence Berkeley National Laboratory und der University of California, Berkeley, vorangetrieben wurde, könnte die Art und Weise, wie wir alles kühlen, von Häusern bis hin zu industriellen Prozessen, verändern.
Das Problem mit der aktuellen Kühlung
Herkömmliche Kühlung basiert auf Flüssigkeiten, die beim Verdampfen Wärme absorbieren und beim Kondensieren wieder abgeben – ein effektiver Prozess, bei dem jedoch häufig schädliche Kältemittel zum Einsatz kommen. Viele dieser Stoffe haben ein hohes Treibhauspotenzial (GWP) und tragen so zum Klimawandel bei. Die Kigali-Änderung verpflichtet die Nationen, die Produktion dieser schädlichen Fluorkohlenwasserstoffe (HFC) drastisch zu reduzieren, wodurch ein dringender Bedarf an praktikablen Alternativen entsteht.
Wie ionokalorische Kühlung funktioniert
Die ionokalorische Kühlung nutzt die Wärmeaufnahme oder -abgabe, die auftritt, wenn ein Material seine Phase ändert, beispielsweise beim Schmelzen von Eis. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden ist es nicht auf Verdunstung oder Kompression angewiesen. Stattdessen werden Ionen (geladene Teilchen) verwendet, um den Schmelzpunkt eines Materials zu manipulieren. Ein bekanntes Beispiel für die Umsetzung dieses Prinzips ist das Streuen von Salz auf Straßen im Winter, um die Eisbildung zu verhindern.
Die Kernidee besteht darin, eine Flüssigkeit durch Phasenänderungen zu zirkulieren und dabei einen elektrischen Strom zu nutzen, um Ionen zu bewegen und so effektiv die Temperatur zu verschieben. Forscher testeten diesen Ansatz mithilfe von Jod- und Natriumsalzen mit Ethylencarbonat, einem Lösungsmittel, das auch in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird. Insbesondere könnte dieses System „GWP-negativ“ sein, da bei der Herstellung von Ethylencarbonat Kohlendioxid als Input verwendet wird.
Wichtige Erkenntnisse und Leistung
Experimente zeigten eine Temperaturverschiebung von 25 °C (45 °F) bei weniger als einem Volt Ladung und übertrafen damit die Effizienz anderer „kalorischer“ Technologien (die auf Wärmeveränderungen in Materialien beruhen). Die in Science veröffentlichten Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass dieser Zyklus die Leistung aktueller Kältemittel erreichen oder sogar übertreffen könnte.
Skalierung und zukünftige Entwicklung
Die größte Herausforderung besteht nun darin, diese Technologie vom Labor in die kommerzielle Anwendbarkeit zu überführen. Forscher testen aktiv verschiedene Salzkombinationen, um die Leistung zu optimieren. Ein separates Team hat bereits Ergebnisse zu einem hocheffizienten System veröffentlicht, das Salze auf Nitratbasis verwendet und mithilfe elektrischer Felder und Membranen recycelt.
„Wir haben diesen brandneuen thermodynamischen Zyklus und dieses Rahmenwerk, das Elemente aus verschiedenen Bereichen vereint, und wir haben gezeigt, dass es funktionieren kann“, sagte Prasher. „Jetzt ist es Zeit für Experimente, um verschiedene Kombinationen von Materialien und Techniken zu testen, um den technischen Herausforderungen gerecht zu werden.“
Diese Forschung stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung nachhaltiger Kühllösungen dar. Bei erfolgreicher Skalierung könnte die ionokalorische Kühlung bestehende Standards in Bezug auf Effizienz, Sicherheit und Umweltverträglichkeit nicht nur erfüllen, sondern sogar übertreffen.
