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Kühlen durch elektrische Felder: Fraunhofer entwickelt innovative Wärmepumpen

Das IKTS Dresden arbeitet auch für die Kühlung von Elektronik an elektrokalorischen Keramiken. Jetzt sollen sie auch für neuartige Wärmepumpen und Kühlschränke eingesetzt werden. Foto: Fraunhofer IKTS

Das IKTS Dresden arbeitet auch für die Kühlung von Elektronik an elektrokalorischen Keramiken. Jetzt sollen sie auch für neuartige Wärmepumpen und Kühlschränke eingesetzt werden. Foto: Fraunhofer IKTS

Elektrokalorische Anlagen sollen leise und hocheffizient arbeiten – auch Dresdner Institute beteiligt

Dresden/Freiburg, 6. Dezember 2019. Fraunhofer entwickelt derzeit neuartige Wärmepumpen, die mit elektrischen Feldern statt mit Verdichtern arbeiten. Diese „elektrokalorischen Pumpen sind effektiver, leiser und umweltfreundlicher als heutige Modelle. Beteiligt sind auch sächsische Fraunhofer-Institute.

Projektleiter sieht “disruptives Potenzial für die Wärme- und Kältetechnik”

„Wir sehen die Chance, kompressorbasierte Wärmepumpen langfristig vollständig abzulösen“, betonte Prof. Karsten Buse, der das Projekt leitet. „Nach den Erkenntnissen, die wir bisher auf dem Gebiet gewinnen konnten, kann die Elektrokalorik disruptives Potenzial für die Wärme- und Kältetechnik haben.“ Laut Umweltbundesamt entfällt mehr als die Hälfte der deutschlandweit eingesetzten Gesamtenergie auf das Heizen und Kühlen. Effiziente Wärmepumpen seien ein wichtiger Baustein für die Energiewende, so Fraunhofer.

Kompressortechnik versus elektrokalorische Technologie

Klassische Wärmepumpen arbeiten ähnlich wie Kühlschränke mit Kompressoren. Diese verdichten und entspannen teilweise auch Kühlmittel, die als schädlich fürs Klima gelten.

Elektrokalorische Wärmepumpen kühlen und heizen anders: Sie legen elektrische Felder an spezielle „elektrokalorische“ Materialien an, die sich dadurch erhitzen. Wärmesenken führen diese thermische Energie ab. Wird das elektrische Feld wieder abgeschaltet, kühlt das Material ab, kühlt also die Umgebung. Dieser Prozess kann in Kreisläufen wiederholt werden und insofern als Wärmepumpe dienen.

Dresdner kümmern sich um Keramiken und Spezialbeschichtungen

Die Leitung im Verbundprojekt „Elektrokalorische Wärmepumpen“ (ElKaWe) hat das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) aus Freiburg im Breisgau übernommen. Das Dresdner „Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik“ (FEP) kümmert sich um die Spezialbeschichtungen der Komponenten. Das ebenfalls in Dresden beheimatete Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) steuert keramische elektrokalorische Materialien bei. Das IPM will diese und andere Komponenten dann zu einem Gesamtsystem zusammenführen, in dem besonders effektive Wärmeröhrchen und Dioden dafür sorgen, dass die überschüssige Wärme im Prozess schnell wegtransportiert wird.

Demonstrator soll 2023 fertig sein

Bis zum Herbst 2023 wollen die Partner ein Demonstrator-Gerät fertig haben, das funktioniert und das Einsparpotenzial gegenüber herkömmlichen Wärmepumpen nachweist. Der Demonstrator wird für eine Leistung von 100 Watt und 40 Grad Temperatur-Unterschied ausgelegt sein. Fraunhofer investiert rund acht Millionen Euro in das Entwicklungsprojekt.

Autor: hw

Quelle: Fraunhofer-FEP, IPM, IKTS