Amerikanische Forscher sind dem sogenannten Magnetkühlschrank einen Schritt näher gekommen: Sie haben eine bestimmte Materialkombination entwickelt, die unter Einwirkung äußerer Magnetfelder ihre Temperatur verändert. Damit ließe sich ein Kühlschrank betreiben, der ohne die vorherrschende Kompressortechnik und den dabei verwendeten Treibhausgasen als Kältemittel auskommt. Mit der Metalllegierung aus Mangan, Eisen und Germanium erzielten die Forscher um Jeffrey Lynn von der amerikanischen Bundesanstalt NIST in Boulder Spitzenwerte bei der magnetischen Kühlung. Dank dieser neuen Materialkombination könnte ein Magnetkühlschrank an heute Kompressionsmaschinen herankommen, berichtet das NIST.
Das Prinzip der magnetischen Kühlung ist schon seit den 1930er Jahren bekannt. Durch den Übergang zwischen verschiedenen magnetischen Zuständen können Physiker die Temperatur von Materialien verändern. Sie nutzten dies überwiegend, um in Experimenten der Tieftemperaturphysik Temperaturen nahe des absoluten Temperaturnullpunkts von minus 273 Grad Celsius zu erzielen. Wissenschaftler hatten zwar auch Materialien wie Gadolinium oder Arsen im Visier, um damit Kältemaschinen für den praktischen Gebrauch zu entwickeln. Doch waren diese zu teuer oder zu giftig für einen kommerziellen Einsatz.
Die Forscher um Lynn haben nun eine Metalllegierung aus Mangan, Eisen und Germanium untersucht, die preiswerter und besser handhabbar ist. Für das magnetische Kühlen legen sie ein äußeres Magnetfeld an das Material an, das die Atome ausrichtet. Die Temperatur steigt dabei an. Durch ein Kühlmittel kann diese Wärme dann abgeführt werden. Anschließend schalten die Forscher das Magnetfeld wieder aus. Das Material kühlt sich weiter ab. Indem das kalte Material nun die Restwärme etwa aus einem Kühlschrank aufnimmt, kann es Butter und Käse kalt halten.
Die Mangen-Eisen-Germaniumlegierung hat eine deutlich bessere Kühlleistung als andere, bislang untersuchte Materialien, stellten die Forscher fest. In den untersuchten Proben waren noch nicht alle Atome am Kühlprozess beteiligt. Die Forscher hoffen daher, durch andere Herstellungsprozesse oder ein variiertes Materialgefüge auch diese restlichen Atome zu aktivieren. “Die Verbesserungsmöglichkeiten bei den klassischen Kompressorkühlgeräten sind ausgeschöpft”, kommentiert Lynn. Vielleicht kann an ihrer Stelle bald eine neue Technik treten, hofft der Forscher.
Jeff Lynn (NIST) et al.: Mitteilung des NIST ddp/wissenschaft.de ? Martin Schäfer
