Heiß, kalt, heiß, kalt

Der magnetokalorische Effekt ist selbst manchen Physikern nicht bekannt. Er beschreibt, wie sich eisenhaltige Metalle unter dem Einfluss von Magneten erwärmen und anschließend wieder erkalten. Man könnte das Verfahren zum Heizen oder Kühlen verwenden und so klimaschädliche Kühlgase vermeiden. Aber bisher war es schwierig, den Effekt in einer Maschine zu nutzen.

„Das Problem: Eisen rostet“, sagt Maximilian Fries, der an der TU Darmstadt im Bereich Materialwissenschaften promoviert hat und Teil einer Arbeitsgruppe war, die geeignete Metalle und Legierungen für diesen Zweck testete. Seine Wahl fiel auf Lanthan-Eisen-Silizium, weil es leicht verfügbar und so wirksam ist, dass er damit ein Kühlsystem konstruieren konnte.

Das funktioniert so: In einem Eisen-Silizium-Gitter bewegen sich die Elektronen in völliger Unordnung. Setzt man sie einem Magneten aus, ordnen sie sich und bewegen sich gleichförmig. Das Material fängt an zu schwingen und erzeugt dabei Wärme. Nun pumpt Fries Wasser hindurch, das die Wärme aufnimmt und ableitet. Entfernt man den Magneten, erstarrt das Material und wird steifer als zuvor. Dabei entsteht Kälte. Fries pumpt erneut Wasser durch – und nun wird die Kälte ins Innere des Kühlschrankes abgegeben. Der Vorgang wiederholt sich mehrmals pro Sekunde: heiß, kalt, heiß, kalt. Mit diesem Verfahren kann man einen Kühlschrank betreiben, ebenso wie eine Wärmepumpe.

2019 hat Fries die Firma Magnotherm gegründet und unlängst die ersten fünf Getränkekühler zu Testzwecken an Coca-Cola verkauft. Sein Ziel sind die Supermärkte: „Wir wollen dort zuerst die Getränkekühlung ersetzen, so das Vertrauen in die Technik schaffen und später die Lebensmittelkühlung übernehmen.“

„Unser System ist 40 Prozent effizienter als herkömmliche Kühlschränke, verbraucht also deutlich weniger Strom“, bewirbt Fries seine Erfindung. „Außerdem benötigen wir keine Kältemittel, Gase oder Schaumstoffe. Unser Kühlschrank ist zu 100 Prozent recycelbar.“ Für die Weiterverwendung der Magneten solle es eine Art Pfandsystem geben.

In naher Zukunft könnte für die Firma auch die Verflüssigung von Wasserstoff ein Thema werden. Magnotherm hat bereits eine Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) abgeschlossen; 2025 soll es den ersten Prototyp einer Verflüssigungsanlage geben, die auf dem Prinzip der magnetischen Kühlung beruht. „Wir wollen diese alternative Technologie etablieren, um den Energieverbrauch sowie die Investitions- und Betriebskosten bei der Wasserstoff-Verflüssigung entscheidend zu senken“, sagt Joachim Wosnitza, Professor und Direktor des Hochfeld-Magnetlabors am HZDR. Die Pilotanlage soll das Verfahren erstmals im Industriemaßstab umsetzen. „Zu wirtschaftlich konkurrenzfähigen Bedingungen.“ ---