Werkstoffkunde: Wie verschmutzte Klimaanlagen sauber werden können…

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Die Forscher legten Kunststoffkristalle von Neopentylglykol – eine gängige Chemikalie, die zur Herstellung von Farben und Schmiermitteln verwendet wird – in eine Kammer, fügten Öl hinzu und drückten einen Kolben hinein.

Durch das Komprimieren der Flüssigkeit stieg die Temperatur der Kristalle um etwa 40 Grad.

40 Grad in einem Schritt
Magnetische Kühlschränke
Latente Wärme freisetzen
Auf dem Weg zur Kommerzialisierung
Prototypen für eine Wärmepumpe

Die Experimente, die vor einigen Jahren von Forschern der Polytechnischen Universität von Katalonien und der Universität Cambridge durchgeführt wurden, waren recht einfach.

Aber sie konnten sich für die künstliche Kühlung und Kühlung als enorm wichtig erweisen.

Die Forscher arbeiten intensiv an neuen Technologien für eine effizientere Kühlung.

Die ersten Produkte, die auf dieser Technologie basieren, könnten in fünf bis zehn Jahren verfügbar sein.

Dies war die grösste Temperaturerhöhung, die jemals durch Unter-Druck-Setzen eines Materials erreicht wurde.

Zumindest war dies der Fall, als diese Ergebnisse letztes Jahr in Nature Communications veröffentlicht wurden.

Und wenn der Druck verringert wird, hat dies den gegenteiligen Effekt – die Kristalle kühlen drastisch ab.

Die Arbeit an Alternativen basiert auf einem seit langem bekannten Phänomen, das Ihnen vielleicht bekannt ist, wenn Sie schon einmal einen Ballon herausgezogen und damit Ihre Lippen berührt haben: Sogenannte kalorische Materialien geben Wärme ab, wenn sie unter Druck gesetzt oder anderweitig belastet werden.

In einigen Fällen kann dieser Effekt auch mit magnetischen oder elektrischen Feldern oder einer Kombination aus beidem erreicht werden.

Die Temperaturänderung in den Materialien war ähnlich wie bei den Korridor-Kohlenwasserstoffen, die in normalen Klimaanlagen und Kühlschränken zur Kühlung verwendet werden.

Aber auch diese sind starke Treibhausgase.

Nach Ansicht des Forschungsteams zeigen die Ergebnisse einen vielversprechenden Ansatz für den Ersatz traditioneller Kältemittel; potenziell könnte damit eine “umweltfreundliche Kühlung ohne Leistungseinbußen” ermöglicht werden.

Solche Fortschritte sind äusserst wichtig, denn ohne bedeutende technologische Verbesserungen könnte sich die für die Innenkühlung benötigte Energie bis 2050 verdreifachen, so die Internationale Energieagentur, da der globale Wohlstand, die Bevölkerung und die Temperaturen zunehmen.

Beispielsweise kennen Forscher heute zahlreiche kalorische Materialien, die starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, und verwenden sie in Prototypen für Heiz- und Kühlgeräte, heißt es in der Studie.

Systeme, die auf Elektrizität, Ausdehnung oder Druck basieren, sind erst seit etwas mehr als einem Jahrzehnt Gegenstand intensiverer Forschung.

Aber was die Leistung betrifft, nähern sie sich bereits magnetischen Geräten, die schon viel länger in Gebrauch sind.

Auf der Grundlage dieser Prinzipien versuchen Wissenschaftler seit Jahrzehnten, magnetische Kühlschränke zu entwickeln, doch bisher waren dafür in der Regel große, starke und teure Magnete erforderlich.

Laut einer Übersichtsstudie in der Zeitschrift Science von Anfang November wurden in diesem Bereich jedoch beträchtliche Fortschritte erzielt.

Sie wurde von Xavier Moya und N. geschrieben.

D.

Mathur, Materialwissenschaftler an der Universität Cambridge, die auch an den oben beschriebenen Experimenten beteiligt waren.

Die auf die Materialien wirkenden Kräfte oder Felder sorgen dafür, dass die Atome oder Moleküle in den Materialien in eine festere Ordnung gebracht werden.

Dies entspricht einer Phasenänderung, ähnlich der, wenn aus flüssigen Wassermolekülen feste Eiskristalle werden.

Die kalorischen Materialien bleiben aber immer noch in einem festen Zustand, der nur noch steifer wird.

Bei diesem Prozess wird latente Wärme freigesetzt, die der Energiedifferenz zwischen den beiden Zuständen entspricht.

Und wenn die Materialien bei Wegnahme der Kräfte in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren, kommt es zu einem Temperaturabfall, der zur Kühlung genutzt werden kann.

Unter bestimmten Kräften erfahren viele Materialien kleine Temperaturänderungen.

Die Forscher suchen jedoch nach Materialien, bei denen dieser Effekt besonders stark ausgeprägt ist, idealerweise mit möglichst geringem Energieeintrag.

Unter anderem haben bestimmte Metalllegierungen beim Dehnen vielversprechende Ergebnisse gezeigt.

Einige Keramik- und Polymermaterialien reagieren stark auf elektrische Felder, und anorganische Salze und Gummi zeigen unter Druck Potenzial.

Darüber hinaus könnte die Technologie nicht nur den Bedarf an Korridor-Kohlenwasserstoffen reduzieren, sondern auch energieeffizienter als normale Kühlschränke werden.

Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass die Materialien in einem festen Zustand bleiben, während herkömmliche Kühlmittel wie Korridor-Kohlenwasserstoffe zwischen der Gas- und der Flüssigphase wechseln.

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