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Sauberes Kühlmittel : Kühlen mit Druck

Alte Kühlschränke warten aufs Recycling. Bild: dpa

So könnten Kühlschränke sparsamer werden: Ein elastisches Material entzieht der Umgebung große Mengen an Wärme, wenn man es komprimiert.

          2 Min.

          Neben der Beleuchtung sind Kühlschränke und Klimaanlagen die größten Stromverbraucher auf der Welt. Alle Geräte zusammengenommen verschlingen schätzungsweise mehr als 25 Prozent der global  produzierten elektrischen Energie. Tendenz steigend. Zudem entpuppen sich die herkömmlichen Kühlmittel als klimaschädliche, wenn sie freigesetzt werden. Deshalb suchen viele Wissenschaftler und Ingenieure schon seit langem nach  sparsamen und umweltfreundlichen Lösungen.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Eine Gruppe chinesischer, japanischer und australischer Forscher vermeldet nun einen weiteren Erfolg. Bing Li von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Shenyang und seine Kollegen sind auf ein festes Material gestoßen, das allein durch Verformung einen Kühleffekt von 50 Kelvin erzielt, und das bei Raumtemperatur. Es hat damit das Potential, die klassischen Kühlmittel zu ersetzen.

          Bei dem Material handelt es sich um die organische Verbindung Neopentylglykol, die sich wie Wachs verformen lässt. Seine Besonderheit: Das Material erwärmt sich, wenn man es zusammenpresst und kühlt wieder ab, sobald man den äußeren Druck reduziert. Die Wissenschaftler sprechen von einem barokalorischen Effekt.

          Entropieänderung erzeugt Kühlwirkung

          Führt man die Wärme, die beim ersten Komprimieren entstanden ist, schnell ab, lässt sich das Material als Kühlmittel verwenden. Beim darauffolgenden Entspannen kühlt es weiter ab, und Wärme wird dem zu kühlenden Objekt entzogen. Wiederholt man den Vorgang immer wieder, erreicht man eine effiziente Kühlwirkung, die bis zu 50 Kelvin betragen kann. Das sei deutlich höher als bei anderen Materialien diesen Typs, schreiben die Forscher um Li in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift „Nature“.

          Die Ursache des kalorischen Verhaltens ist in den kristallinen Eigenschaft der organischen Substanz zu suchen. Im Normalzustand bilden die organischen Moleküle eine vergleichsweise ungeordnete Struktur aus, entsprechend hoch ist die Entropie. Schon bei einem moderaten äußeren Druck nehmen die Moleküle feste Gitterplätze ein und weisen untereinander die gleiche Orientierung auf. Dadurch sinkt die Entropie. Die maximal erreichbare Entropieänderung beziffern die Forscher mit 389 Joule pro Kilogramm und Kelvin bei Raumtemperatur. Das sei das Zehnfache dessen, was man üblicherweise bei kalorischen Materialien beobachtet.

          Nach Ansicht der Forscher steckt in Neopentylglykol ein großes Potential als Kühlmittel. Es sei insbesondere für die Kühlung von Mikroprozessoren geeignet, könne aber auch für Kühlschränke verwendet werden. Kopfzerbrechen bereitet den Forschern allerdings noch die mangelhafte Stabilität des Materials. Oberhalb von 70 Grad schmilzt es und wird unbrauchbar. Weil es bei allzu häufigem Quetschen brüchig wird, ist es für eine große Zahl von Kühlzyklen ungeeignet. Mit zusätzlichen elektrischen Feldern hoffen Li und seine Kollegen, zumindest die mechanische Belastbarkeit von Neopentylglykol verbessern zu können.

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