von DIRK EIDEMÜLLER
Die Welt wird heißer. Der Klimawandel sorgt bereits heute in einigen Weltregionen für unerträgliche Temperaturen. Und wenn die Prognosen recht behalten, werden künftig Hitzewellen noch häufiger und stärker ausfallen als jetzt. Denn mit der klimatischen Erwärmung steigen nicht nur die durchschnittlichen Temperaturen, sondern vor allem Extremwetterlagen nehmen zu. Als Gegenmittel helfen dann nur noch Klimaanlagen, um bei angenehmer Temperatur leben und arbeiten zu können. An manchen Orten wie in der Region am Arabischen Golf ist es in den Sommermonaten schon heute so heiß, dass die Menschen sich dort tagsüber fast nur in klimatisierten Räumen aufhalten.
In Zukunft werden sich viele Millionen andere Menschen diesen Luxus ebenfalls leisten wollen. Die Nachfrage nach Klimaanlagen wird also wohl weiter rapide ansteigen. Dazu kommt die Kühlung von Lebensmitteln. Sie ist einerseits wegen der längeren Haltbarkeit ein Segen, verschlingt aber auch einiges an Energie: Rund ein Fünftel des globalen Verbrauchs an elektrischer Energie geht für Klimatisierung und Kühlung drauf – mit steigender Tendenz. Bis Mitte des 21. Jahrhunderts dürfte sich die Nachfrage nach Kühlung ungefähr verdreifachen, sagen Prognosen vorher. Jede Kühltechnologie, welche die heutigen Verfahren auch nur ein Stück weit verbessert, würde also eine immense Stromeinsparung mit sich bringen.
Die heutige Kühltechnik beruht auf dem Prinzip des Kompressors: Ein Gas wird komprimiert und erwärmt sich dabei. Diese Wärme wird über Radiatoren nach außen abgegeben. Dann lässt man das Gas durch eine Düse expandieren, wodurch es sich stark abkühlt. Sowohl Kühlschränke als auch Klimaanlagen nutzen dieses Prinzip. Als Kühlmedium dienen allerdings meist Fluorkohlenwasserstoffe oder vergleichbare Gase, die einen sehr hohen Treibhausfaktor haben – also auch in geringen Mengen einen Einfluss auf die Erderwärmung haben können. Zwar ist die Entsorgung in Ländern wie Deutschland reglementiert. Aber in großen Teilen der Welt landen alte Kühlschränke und Klimaanlagen einfach auf dem Schrottplatz, wo die klimaschädlichen und teilweise giftigen Gase irgendwann entweichen.
Vielfältige Kühlmöglichkeiten
Schon seit geraumer Zeit gibt es die Idee, Temperatureffekte in Festkörpern anstelle der heutigen Kompressortechnik mit ihren gasförmigen Kühlmedien einzusetzen. Es gibt eine ganze Reihe physikalischer Effekte, die sich zum Kühlen eignen. „Dazu gehören elektrokalorische, magnetokalorische, elastokalorische und barokalorische Phänomene“, zählt Alvar Torello auf, der als Materialwissenschaftler an der Universitat Politècnica de Catalunya in Barcelona forscht.
Wie der Name schon besagt, verwandeln diese Effekte unterschiedliche physikalische Kräfte in Wärme beziehungsweise Kälte. Bei elektrokalorischen Materialien sorgt elektrischer Strom dafür, dass ein Festkörper wärmer oder kälter wird. Bei magnetokalorischen Stoffen sind es Magnetfelder, bei elastokalorischen eine angelegte Zugspannung oder Entspannung, und bei barokalorischen Werkstoffen sind es Druckunterschiede. Um anhand dieser Effekte eine Kühlung zu erzielen, nutzt man zunächst Strom, Magnetfelder oder mechanische Kräfte zur Erwärmung. Dann transportiert man die Wärme ab und lässt den Gegeneffekt wirken – schaltet also etwa den elektrischen Strom oder das Magnetfeld ab, wodurch sich das Material abkühlt.
