Chillventa 2018

•••3••• Interview Effizienter und umweltfreundlicher kühlen DIEMESSE im Gespräch mit Dr. Kilian Bartholomé, Vize-Abteilungsleiter am Fraunhofer IPM Herr Dr. Kilian Bartholomé, das Fraunhofer-Institut für Physikali- sche Messtechnik (IPM) ist auf der Chillventa in Halle 4A, Stand 108 zu finden und zeigt dort ein paten- tiertes Systemkonzept für die Küh- lung mit kalorischen Materialien. Was ist das genau? Wir stellen ein Kühlsystem vor, das anders als klassische Kühlsys- teme funktioniert. Kühltechnik von heute arbeitet meist mit der Kompression gasförmiger Kälte- mittel. Unsere zum Patent angemeldete Kühltechnolo- gie nutzt stattdessen elas- tokalorische Materialien. Solche Materialien haben die Eigenschaft, unter Kraft- einwirkung eine reversible Temperaturänderung zu ge- nerieren. Durch zyklisches Be- und Entlasten dieser Materialien und entsprechende Wärme- ankopplung an eine Wärme- quelle beziehungsweise Wär- mesenke kann mit diesen Materialien ein Kühlkreislauf realisiert werden. Das Be- sondere an unserem Ansatz ist dabei der besonders effi- ziente Wärmetransport vom elastokalorischen Material zu den Wärmeübertragern. Dieses von uns patentierte Verfahren basiert auf einem Heatpipe-Konzept und verspricht eine besonders effizi- ente Systemrealisierung. Das Fraunhofer IPM arbeitet seit Jahren an der Entwicklung effi- zienter und umweltfreundlicher Kühlsysteme, Wärmepumpen oder thermoelektrischer Generatoren auf Basis neuartiger funktioneller Materialien. Um was für Materia- lien handelt es sich dabei und wel- che besonderen Eigenschaften ha- ben sie? Bei den verwendeten elastokalori- schen Materialien handelt es sich um handelsübliches Nitinol, also um eine Nickel-Titan-Legie- rung, die in der Regel als Formgedächtnislegierung verwendet wird. Formge- dächtnislegierungen haben die Eigenschaft, durch ei- ne Temperaturänderung in eine zuvor trainierte Form überzugehen, welche auf ei- ne Kristallstrukturänderung zurückzuführen ist. In der Elastokalorik nutzt man dieselben Materialien – nur für den umgekehr- ten Effekt: Hier wird durch eine Krafteinwirkung eine Kristallstrukturänderung induziert, wodurch sich das Material erwärmt. Führt man diese Wärmemenge an ein Warmseitenreservoir ab und entspannt dann das Material an- schließend, so kühlt es sich ent- sprechend unter die Ausgangs- temperatur ab. Nun kann das Material wieder thermische Ener- gie aus der Umgebung aufneh- men und somit ein System abküh- len. Durch den zyklischen Betrieb lässt sich dann ein Kühlsystem realisieren. Welche Anwendungsgebiete gibt es heute für diese Technologie und welche erwarten Sie für die Zu- kunft? Bisher sind elastokalorische Sys- teme noch nicht kommerziell am Markt verfügbar. Die Syste- me befinden sich derzeit noch in der Entwicklung. Perspektivisch sehen wir aber insbesondere im- mer da ein passendes Anwen- dungsgebiet, wo aufgrund der F-Gase-Verordnung nach einer Alternative für die klassischen Kühlsysteme gesucht wird. Einen Markt sehen wir vor allem im Me- dizintechnik- und Laborbereich, in der industriellen Kühlung sowie in der Schaltschrankklimatisierung; aber auch die Klimatisierung mo- biler Systeme bzw. der Bereich der Wärmepumpen versprechen interessante Anwendungen für unsere neue Kühltechnologie. Kühlung und Kältetechnik sind weltweit ein großer Energiefres- ser, beispielsweise Klimaanlagen. Inwieweit können Ihre Forschungs- ergebnisse zur Erreichung der glo- balen Klimaziele beitragen? Aus der Grundlagenforschung ist bekannt, dass die kalorische Küh- lung gerade wegen der hohen Re- versibilität des Effektes ein enor- mes Potenzial hat: Mit kalorischer Kühlung – egal ob elastokalorisch, magnetokalorisch oder elektroka- lorisch – kann man prinzipiell effi- zienter kühlen als mit herkömmli- chen Systemen – und kommt auch noch ganz ohne klimaschädliche Kältemittel aus. Insofern könnte Kühltechnik, die auf kalorischen Materialien basiert, durchaus ei- nen relevanten Beitrag zur Errei- chung der Klimaziele leisten. Die Entwicklungsarbeit ist jedoch derzeit noch an dem Punkt, dass die hohe Effizienz der Materialien noch nicht in einem funktionie- renden Gesamtsystem gezeigt Man übe Kraft auf eine Form- gedächtnislegierung aus, so- dass sie sich erwärmt, führe die Wärme ab und entspanne dann das Material wieder: Bei der Abkühlung nimmt die Le- gierung Umgebungswärme auf und kühlt so das System. Der Kreislauf ist geschlossen und wir haben ein Kühlsystem. Was sich so einfach anhört, basiert auf Grundlagenforschung am Fraunhofer-Institut für Physi- kalische Messtechnik (IPM) in Freiburg. Der Clou dabei ist: Ein solches System macht gasför- mige Kältemittel überflüssig. „Unsere zum Patent angemel- dete Kühltechnologie nutzt stattdessen elastokalorische Materialien“, erklärt Dr. Kilian Bartholomé, der als Vize-Ab- teilungsleiter Thermische Ener- giewandler am Fraunhofer IPM forscht. Im Interview mit DIE MESSE erzählt er, was das Fraunhofer IPM auf der Chill- venta zu bieten hat. Dr. Kilian Bartholomé, Stell- vertretender Abteilungsleiter Thermische Energiewandler am Fraunhofer-Institut für Physikali- sche Messtechnik (IPM) Foto: Fraunhofer IPM Fortsetzung auf Seite 4 Elastokalorik macht Kühlen effizienter. Foto: Fraunhofer IPM Anzeige TEGA – at the heart of refrigerants Als einer der größten Kältemit- telhändler in Deutschland und Europa verfügt die TEGA über jahrzehntelange Erfahrung im Abfüllen und im Mischen (un-) brennbarer Kältemittel. 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