Klimafreundlich und ressourcenschonend kühlen: Systeme mit Formgedächtnis-Materialien, auch künstliche Muskeln genannt, könnten eine Lösung sein. Wärme und Kälte werden mit „Muskeln“ aus Nickel-Titan transportiert.
Gekühlt wird auf der ganzen Welt. Kühlschränke laufen rund um die Uhr, Klimaanlagen kühlen Büros, Kühlsysteme halten Computer und Motoren in Gang. Das kostet nicht nur Geld, sondern belastet die Atmosphäre mit Treibhausgasen und durch den hohen Stromverbrauch mit Unmengen an Kohlendioxid – was wieder die Erderwärmung befeuert. Eine umweltfreundlichere Kühlmethode entwickeln nun die Forscherteams der Ingenieurwissenschaftler Stefan Seelecke und Andreas Schütze von der Universität des Saarlandes gemeinsam mit den Werkstoffwissenschaftlern Gunther Eggeler und Jan Frenzel von der Ruhr-Universität Bochum. Ihr Verfahren kommt ohne klimaschädigende Kühl- oder Kältemittel aus und soll auch weniger Energie verbrauchen als bislang übliche Kühl-Techniken.
„Wir setzen Systeme mit Formgedächtnis-Legierungen ein, um Wärme abzutransportieren“, erklärt Stefan Seelecke, Professor für Intelligente Materialsysteme. „Formgedächtnis bedeutet, dass Drähte oder Bleche aus der Legierung Nickel-Titan gewissermaßen ein Erinnerungsvermögen haben: Werden sie verformt, nehmen sie anschließend die alte Form wieder an. Hierdurch können sie wie Muskeln an- und entspannen. Den Effekt, dass sie dabei Wärme aufnehmen und wieder abgeben, nutzen wir zum Kühlen“, erklärt Seelecke.
„Die Grundidee war, einem Raum – etwa dem Inneren eines Kühlschranks – Wärme zu entziehen, indem wir dort ein vorgedehntes, superelastisches Formgedächtnis-Material entlasten und dabei stark abkühlen. Die so aufgenommene Wärme geben wir außerhalb des Kühlschrankes an die Umgebung ab, indem wir das Material dort zur Temperaturerhöhung wieder belasten, bevor der Kreisprozess aufs Neue beginnt“, erläutert Seelecke.
In den bisherigen Versuchsreihen und Simulationsmodellen mit Nickel-Titan haben die Wissenschaftler nachgewiesen, dass ein solches Kühlverfahren funktioniert und in der Praxis eingesetzt werden kann. „Wir sind jetzt dabei, aufbauend auf diesen Ergebnissen einen optimierten Prototypen zur Luftkühlung zu bauen. Bei ihm stellen wir einen Kühlkreislauf her: Die warme Luft wird auf der einen Seite an einem rotierenden Bündel von Formgedächtnis-Drähten vorbeigeleitet. Indem wir mehrere Drähte verwenden, erzielen wir eine höhere Kühlleistung. Das Bündel wird belastet, wird dabei wärmer, dreht sich, wird auf der anderen Seite entlastet und kühlt ab. Die zu kühlende Luft wird dort dann vorbeigeleitet, um so einen angrenzenden Raum zu kühlen“, sagt Prof. Schütze vom Lehrstuhl für Messtechnik. Wie dies optimal abläuft, daran feilen die Ingenieure aktuell.
Weitere Informationen: www.uni-saarland.de
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