Energie­effi­ziente Kühl­tech­ni­ken und Thermo­gene­ra­toren

Die einzelnen Bausteine thermo­elektrischer Module sind nur wenige Milli­meter groß. Sie werden aus bestimmten Metall­legierungen – zum Beispiel Halb-Heusler-Verbin­dungen – heraus­gesägt. Additive Fertigungs­methoden versprechen daher eine viel größere Ressourcen­effizienz. (Bild: Fh.-IPM)

Die einzelnen Bausteine thermo­elektrischer Module sind nur wenige Milli­meter groß. Sie werden aus bestimmten Metall­legierungen – zum Beispiel Halb-Heusler-Verbin­dungen – heraus­gesägt. Additive Fertigungs­methoden versprechen daher eine viel größere Ressourcen­effizienz. (Bild: Fh.-IPM)

Das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg unterstützt zwei neue Forschungs­projekte zur Energie- und Ressourceneffizienz am Fraunhofer-Institut für Physi­kalische Mess­technik in Freiburg mit rund 500.000 Euro. Ziel der Entwicklungen sind umwelt­freundliche Kühltechniken sowie ressourcen­schonende Fertigungs­methoden für funktionelle Materialien.

„Electrocaloric Cooling: Vorentwicklung für eine neue kältemittel­freie und energie­effiziente Kälte­technik“ heißt eines der beiden bewilligten Projekte, das sich mit der Verbesserung des Wirkungs­grads und der Umwelt­verträglich­keit von Kühl­systemen befasst, etwa für Klima­anlagen. Allein in Deutschland werden rund 14 Prozent des gesamten Strom­bedarfs für die technische Kälte­erzeugung aufge­wendet – dabei arbeitet die konven­tionelle Kühl­technik laut, wartungs­intensiv, und sie kommt nicht ohne schädliche Kälte­mittel aus. Um Kühl­technik zukünftig umweltver­träglicher zu gestalten, setzt IPM auf die elektro­kalorische Kühl­technik. Diese hat das Potenzial, im Vergleich zu üblichen Kühl­methoden Energie einzusparen, leiser zu arbeiten und robust zu funktionieren – und das ganz ohne umwelt­schädliche Kältemittel.

Auch das zweite geförderte Projekt – „Additive Fertigung von Thermo­generatoren“ – kommt aus der Energie­forschung: Hier soll gezeigt werden, wie bei der Fertigung funktioneller Materialien ressourcen­effizienter als bisher gearbeitet werden kann. Bei der additiven Fertigung geht kaum Material verloren und es können Strukturen aufgebaut werden, die mit konven­tionellen Herstellungs­verfahren nicht oder nur sehr schwer umsetzbar sind. Auf diese Weise produzierte Thermo­genera­toren können verlorene Abwärme, wie sie beispielsweise im Automobil entsteht, teilweise in elektrische Energie umwandeln. Weiterer Pluspunkt: Thermo­generatoren, die additiv gefertigt werden, können schnell und problemlos an individuelle Anwendungen angepasst werden, was deren Markt­einführung deutlich verkürzen sollte.

Zwei Fertigungstechniken wollen die Forscher hier vergleichen: zum einen punktuelles Aufschmelzen von zermahlenem thermo­elektrischem Material in einem Pulverbett mit einer Laser­licht­quelle („Selective Laser Sintering“ SLS), zum anderen den direkten Auftrag von aufge­schmolzenem, thermo­elektrischem Material auf ein Substrat mit vorgefertigten Elektroden („Direct Metal Deposition“ DMD; Quelle: Fh.-IPM / MFW-BW)

Links: AG Magnetokalorik und Elektrokalorik (K. Bartholomé), Abt. Funktionelle Materialien und Systeme, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM

Weitere Beiträge: Thermoelektrik auf dem Weg zur Industriereife, energyviews.de, 2. Dezember 2013

 

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