Effiziente Kühlmethoden

Einfaches Kühlen mit verdrehten Fasern

von Dennis L.

Nahezu jeder Kühlschrank nutzt einen geschlossenen Kreislauf, in welchem sich das Kühlmittel ausdehnen kann, bevor es mit einem Kompressor komprimiert wird. Forscher haben jedoch eine deutlich effizientere und sparsamere Alternative entdeckt.

Dallas (U.S.A.). Der herkömmliche Kühlprozess eines Kühlschranks oder einer Klimaanlage, beansprucht etwa ein Fünftel der weltweiten Stromproduktion. Renommierte Wissenschaftler haben bei der Suche nach effizienteren und umweltschonenden Alternativen eine ganze neue Möglichkeit gefunden. Dabei fokussierten sich die amerikanischen und chinesischen Forscher auf den sogenannten elastokalorischen Effekt. Bei dieser Methode werden eng verdrillte Fasern verwendet, welche beim Ausdehnen auf bis zu 20 Grad abkühlen können. In der Fachzeitschrift Science konnten die Wissenschaftler bereits einen ersten Prototyp, eines solchen Kühlschranks vorstellen. Dieser konnte einen Wasserstrahl um fast acht Grad abkühlen.

Ray Baughman von der University of Texas at Dallas gibt an, dass diese Möglichkeit mit dem elastokalorischen Effekt durch Naturgummi schon seit dem frühen 19. Jahrhundert bekannt sei. Für einen effizienten Kühleffekt sind jedoch stärkere Dehnungen der Materialien notwendig. Aus diesem Grund griff man auf mechanisch ineinander verdrillte Fasern aus Nylon, Gummi oder einer starken Nickeltitan-Legierung zurück. Die größte Effizienz konnte bei den Nickeltitan Fasern nachgewiesen werden. Deren Oberfläche kühlte sich bis zu 20 Grad Celsius ab, wenn man die Fasern mit 50 Umdrehungen pro Zentimeter innerhalb einer Sekunde entspannte. Die Fasern aus Gummi lagen bei 16 Grad Celsius Abkühlung, während die Nylonfasern lediglich eine Kühlung von fünf Grad Celsius erreichen konnten.

Ungeahnte Möglichkeiten

Zunfeng Liu von der Nankai University in Tianjin erklärt den physikalischen Effekt dieser Kühlmethode damit, dass die verdrillten Fasern beim Ausdehnen von einer Phase mit geringer Entropie in eine Phase mit hoher Entropie wechseln. Der genannte Prototyp eines solchen Kühlschranks, welcher mit Nickeltitanfasern betrieben wurde, konnte somit bereits zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Werden diese Fasern noch schneller verdrillt und auseinandergezogen, so kann eine deutlich höhere Kühlleistung erreicht werden.

Überraschende Entdeckung

Selbst den sogenannten twistokalorischen Effekt, bei welchem sich die Fasern im Normalfall eigentlich erhitzen, konnten die Forscher durch eine geschickte Methode umkehren. So sollen weitere Kühlmodule aus verschiedenen verdrillten Materialien in naher Zukunft getestet werden. Für die Zukunft der Kühlmethoden sollte dies einen gewaltigen Fortschritt bedeuten.

Science, doi: 10.1126/science.aax6182

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