Magnetokalorischer Effekt

Als magnetokalorischen Effekt bezeichnet man den Umstand, dass sich ein Material erwärmen kann, wenn es einem starken Magnetfeld ausgesetzt wird, während es sich zugleich herunter kühlt, sobald dieses Magnetfeld vom angesprochenen Material wieder entfernt wird. Das Verfahren gilt als besonders umweltschonend und kann unter anderem bei Klimaanlagen oder Wärmepumpen genutzt werden. Vorteile liegen vor allem in der energieeffizienten Funktionsweise, insbesondere weil die Energieeffizienz bei Wärmepumpen und Klimatechnik häufig als Schwachpunkt ausgemacht wird.

Wie funktioniert ein magnetokalorischer Effekt?

Der Name leitet sich aus der Funktionsweise mit den bereits eingangs angesprochenen Magnetfeldern ab, welche wahlweise einen kühlenden oder einen erwärmenden Effekt erzielen, wenn diese einem Material zu- beziehungsweise abgeführt werden. Grund ist die Ausrichtung der sogenannten magnetischen Momente des eingesetzten Materials. Die Intensität des Effektes steht damit in starker Abhängigkeit zu dem verwendeten Material, was durch die Hersteller von Wärmepumpen selbstverständlich bedacht wird. Eine entscheidende Rolle für den Effekt spielt auch, mit welcher Legierung das jeweilige Material versehen wurde. Folglich wird auch auf diesen Umstand Rücksicht genommen. Ein magnetokalorischer Effekt könnte bei einigen klassischen Haushaltsgeräten, beziehungsweise modernen Varianten davon, eingesetzt werden. Zu nennen sind neben den Wärmepumpen vor allem verschiedene Produkte aus der Kühltechnik, wie beispielsweise Klimaanlagen oder auch Weinkühler.

Da der magnetokalorische Effekt sowohl zum Kühlen als auch zur Erwärmung genutzt werden kann, wird er unter anderem auch in Wärmepumpen verwendet, welche von Herstellern häufig als “magnetische Wärmepumpen” bezeichnet werden. Diese lassen sich beispielsweise bei effizienten Fußbodenheizungen verbauen. Zu beachten ist außerdem, dass eine magnetokalorische Wärmepumpe zugleich Kälte erzeugen kann, wie das beispielsweise bei einem Prototyp von niederländischen Wissenschaftlern der Fall war, welche diesen im Zuge der CES 2015 einem breiteren Publikum vorstellten. Die Technologie befindet sich also nach wie vor im Anfangsstadium. Die Idee hinter den Wärmepumpen ist unter anderem, dass diese das Innere kühlen, während ein magnetokalorischer Effekt zugleich sicherstellt, dass im Umkehrschluss Wärme in die Umwelt abgesondert wird.

Historie vom magnetokalorischen Effekt

Der Effekt wurde vom deutschen Physiker Emil G. Warburg Aufzeichnungen nach im Jahr 1881 entdeckt, wobei er im Jahr 1949 durch den Chemiker William F. Giauque noch einmal verfeinert wurde – dieser ermittelte, dass sich mit diesem Effekt auch enorm kalte Temperaturen erzeugen lassen. In den 1990er Jahren fokussierten sich mehrere Unternehmen, vor allem in den USA, auf die Entwicklung unterschiedlicher Legierungen, die den magnetokalorischen Effekt für die Wirtschaft tauglich machen sollten. Im Zuge dieser Forschungen wurden zahlreiche potentielle Werkstoffe und ihre Legierungen auf die Tauglichkeit getestet.

Zum aktuellen Zeitpunkt werden vorrangig verschiedene Prototypen für die Technologie entwickelt, der breiteren Masse sind auch Wärmepumpen mit derartigem Effekt noch nicht vollends zugänglich. Dennoch ist davon auszugehen, dass derartige magnetische Wärmepumpen mit entsprechendem Effekt in der Zukunft eine bedeutsame Rolle in der Wirtschaft und Weiterentwicklung vorhandener Technologien zu Teil kommen wird. Das begründet sich auch auf der hohen Energieeffizienz des magnetokalorisches Effektes, welcher Optimierungspotentiale von rund 50 Prozent gegenüber klassischen Anwendungsverfahren bietet – und mit Weiterentwicklung der Technologie künftig womöglich sogar noch mehr.