Klimaanlagen: Salz statt umweltschädlicher Kältemittel
Eine neu entwickelte Kühlung nutzt den Phasenwechsel eines speziellen Natriumiodid-Salzes zwischen fest und flüssig. Eine Alternative für übliche Kältemittel.
Montage einer Klimaanlage.
(Bild: Andrey_Popov / Shutterstock)
- Jan Oliver Löfken
Das Verbot von Fluorchlorkohlenwasserstoffen – besser bekannt als FCKW – mit dem Montréal-Protokoll ist seit 1987 in Kraft und es erfüllt seinen Zweck: Das Ozonloch schließt sich und die vor UV-Strahlung schützende Ozonschicht könnte sich laut aktuellen Studien bis zum Jahr 2066 komplett erholen. Allerdings stehen auch die Ersatz-Kältemittel – fluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW, HFKW) – wegen ihres großen Treibhauspotenzials in der Kritik. Um in Zukunft auch auf diese Substanzen verzichten zu können, schlagen nun Forscher von der University of California in Berkeley und dem Lawrence Berkeley National Laboratory einen völlig neuen Prozess vor: den ionokalorischen Kühlkreislauf.
Dieser Kühlprozess beruht auf einem Phasenwechsel zwischen fest und flüssig, der sich durch kleine Stromflüsse und damit induzierte Ionenwanderungen kontrollieren lässt. Dabei nutzen Drew Lilley und Ravi Prasher, dass eine feste, kristalline Substanz zum Schmelzen Wärme aus der Umgebung abzieht. Umgekehrt wird beim Erstarren wieder Wärme freigesetzt. Und genau dieser zur Kühlung nutzbare Phasenwechsel konnte von den Forschern durch kleine Spannungen von weniger als einem Volt angeregt werden.
Suche nach Substanz für neuen Kühlprozess
Zuerst überschlugen die beiden Forscher das Potenzial der ionokalorischen Kühlung rein theoretisch. Aus ihren Berechnungen folgte, dass es auch bei der Energieeffizienz durchaus mit derzeit etablierten, auf dem Verdampfen von Kältemitteln basierenden Prozessen konkurrieren konnte. In einem zweiten Schritt suchten sie nach einer Substanz mit einem geeigneten Schmelzpunkt. Mit einem System aus Natriumiodid-Salz, ergänzt um Ethylencarbonat, wurden sie fündig. Dieses Material hat seinen Schmelzpunkt bei 36,4 Grad Celsius und eine relativ hohe Schmelzenthalpie von 204,6 Joule pro Milliliter. Dieser Wert entspricht der benötigten Energie, um eine Substanz bei konstantem Druck vom festen in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen.
Lilley und Prasher konstruierten einen ersten kleinen Prototyp. An ihre mit dem Natriumiodid-Salz gefüllte Kühlzelle aus zwei durch eine Membran getrennte Halbzellen schlossen sie zwei Elektroden an. Mit kleinen elektrischen Spannungen von unter einem Volt wurden die Ionen im Salz in Bewegung gesetzt und die festen Kristalle verflüssigt. Bei diesem Phasenwechsel erreichten sie eine Temperaturdifferenz von 25,76 Grad Celsius.
Noch hinkt die Energieeffizienz dieses Prototyps etablierten Kühlmethoden hinterher. Doch diese Lücke wollen die Forscher mit weiteren Optimierungen verkleinern. Aber im Vergleich zu anderen alternativen Kühlkreisläufen, bei denen Materialien ihre Temperatur unter Druck, bei Dehnung und durch magnetische oder elektrische Felder ändern, liefert die ionokalorische Kühlung schon heute deutlich bessere Resultate.
(jle)