Magneten - Schlüssel für die nächste Generation energiesparender Haushaltsgeräte
Dank der von Wissenschaftlern vom Imperial College London, Vereinigtes Königreich, in Zusammenarbeit mit der Iowa State University, USA, durchgeführten Forschungsarbeiten über Magneten könnten Kühlschränke und Klimaanlagen mit hohem Energieverbrauch bald der Vergangenheit angehören. Magnetische Kühltechnologie kann eine neue Ära für umweltfreundliche Kühlschränke und Klimaanlagen einläuten, denn sie könnte die derzeit bei ihrem Betrieb verbrauchten hohen Energiemengen um bis zu 30% senken. Die neuen Ergebnisse wurden im Fachmagazin Advanced Materials veröffentlicht. Das Konzept der magnetischen Kühlung ist einfach. Wärme entsteht, wenn ein Magnetfeld an magnetischen Werkstoffen wie Metalllegierungen angelegt wird. Dann wird Wasser zum Abkühlen des Werkstoffs verwendet, damit er wieder auf seine ursprüngliche Temperatur kommen kann. Die Temperatur des Werkstoffs sinkt weiter ab, wenn das Magnetfeld ganz abgeschaltet wird. Mit dem Potenzial dieses Kühlungsmerkmals beschäftigen sich die Forscher, das sich ihrer Meinung nach in zahlreichen Produkten nutzen lässt. Die Forscher konnten bereits die Funktionstüchtigkeit der Technologie nachweisen. Allerdings müssen sie erst noch den richtigen Werkstoff finden, um die Technologie marktfähig zu machen. Dieser Werkstoff muss sehr effizient beim Kühlen bei normaler Zimmertemperatur sein und gut unter gewöhnlichen Bedingungen funktionieren. Darüber hinaus darf der ständig wiederholte Kühlzyklus nicht die Effizienz beeinträchtigen. Das magnetische Kühlfeld ist nichts Neues. Die Autoren der Studie geben an, dass es die ersten Ideen dafür in den Zwanzigerjahren des 20. Jahrhunderts gab. Erst in den letzten zehn Jahren mehrte sich wieder das Interesse dafür wegen der Entdeckung der riesigen magnetokalorischen Effekte (d. h. der Erwärmung von magnetischen Werkstoffen, während sie sich in einem Magnetfeld befinden und ihrer Abkühlung beim Entmagnetisieren) bei einer Werkstoffgruppe mit der Bezeichnung Metamagneten. Das sind "Verbindungen, die einen Übergang erster Ordnung zu einem magnetisch geordneten Zustand erfahren, der oft von einem damit zusammenfallenden Übergang der Kristallstruktur begleitet wird", heißt es in der Studie. Die Forschungsarbeiten des Teams vom Imperial College London zeigten, dass die Mikrostruktur verschiedener Legierungen (also die Kristallmuster in den Legierungen) direkte Auswirkung auf die Leistung eines magnetischen Kühlschranks hat. Diese Erkenntnisse könnten nun dem Team helfen, den besten Werkstoff für die optimale Umsetzung des Systems zu finden. Anders als bei den meisten weltweit durchgeführten Forschungsarbeiten zur magnetischen Kühlung konzentriert sich das Team vom Imperial College weniger auf Analysen und Prüfungen vieler Probenwerkstoffe, sondern mehr auf das "Verständnis der Mikrostruktur dieser Werkstoffe und wie sie auf Magnetfelder auf mikroskopischer Ebene reagieren", so Professorin Lesley Cohen vom Imperial College London. "Wir fanden heraus, dass sich die Kristallstruktur in verschiedenen Metallen direkt auf die Stärke ihrer Erwärmung und Abkühlung auswirkt, wenn ein Magnetfeld angelegt und abgeschaltet wird", erklärt sie. "Das ist eine interessante Entdeckung, weil sie bedeutet, dass wir eines Tages zur spezifischen Herstellung von Werkstoffen per Bottom-up-Methode fähig sein können, bei der man von der Mikrostruktur ausgeht, sodass alle erforderlichen Bedingungen für einen funktionierenden magnetischen Kühlschrank erfüllt sind. Das ist ganz wichtig, weil zur Senkung unserer Kohlenstoffemissionen und zur Bekämpfung des Klimawandels, eine Alternative mit geringem Energieverbrauch für die Kühlschränke und Klimaanlagen in unseren Haushalten und an unseren Arbeitsplätzen unbedingt gefunden werden muss.
Länder
Vereinigtes Königreich, Vereinigte Staaten