[BLACKY74]

Technologische Entwicklung
Kühlschrank senkt Temperatur mithilfe verdrillter Nickel-Titan-Drähte

Kühlmittel in Kühlschränken und Klimaanlagen sind klimaschädlich. Forscher arbeiten an umweltfreundlicheren Alternativen und drehen dafür Kautschuk, Angelschnüre und Nickel-Titan-Drähte zusammen.


Kühlschränke: FCKW schädigten die Ozonschicht
Getty Images/ EyeEm

Damit das Bier im Kühlschrank kalt wird, braucht es ein Kühlmittel. Wichtig ist, dass es schon bei niedrigen Temperaturen verdampft, denn beim Übergang von flüssig zu gasförmig, nimmt es Wärme auf. Im Inneren des Kühlschranks wird es dadurch kälter. Auch Gefrierschränke und Klimaanlagen funktionieren nach diesem Prinzip.

Doch Kühlmittel haben oft negative Eigenschaften. Die früher eingesetzten und inzwischen verbotenen Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) schädigen die Ozonschicht. Neuere Kühlmittel wie Propan, Butan oder R134a wirken als Treibhausgase und haben eine geringe Energieeffizienz.

Forscher arbeiten daher an umweltfreundlicheren und effizienteren Alternativen und haben nun einen zunächst ungewöhnlich erscheinenden Ansatz erprobt: Ein Team um Run Wang von der chinesischen Nankai-Universität hat Fasern aus Naturkautschuk, Angelschnüre und Nickel-Titan-Drähte verdrillt. Dabei nehmen die Materialien Wärme auf, löst sich die Verdrillung, geben die Stoffe sie wieder ab, schreiben die Wissenschaftler [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ].

Abkühlung um 16,4 Grad

Seit dem frühen 19. Jahrhundert wissen Forscher, dass Naturkautschuk warm wird, wenn man ihn auseinanderzieht. Löst sich die Spannung, kühlt er ab. "Um die Temperatur deutlich zu senken, muss man den Kautschuk allerdings aus einer sehr großen Dehnung entlassen", erklärt Ray Baughman von der University of Texas, der ebenfalls an der Studie beteiligt war. "Oder man entdrillt ihn einfach."

Die Farbe zeigt die Temperatur des Kautschuks an: Wird er eingerollt, wird er warm (gelb) und kühlt beim Entspannen ab (orange und braun)
University of Texas at Dallas

Im aktuellen Versuch kombinierten die Forscher beide Techniken. Zunächst zogen sie Kautschukfasern in die Länge und verdrehten sie dann so lange, bis sich ein Knäul bildete. Entzwirbelten die Forscher die Drehung, sank die Temperatur des Materials um 15,5 Grad, lösten sie zusätzlich auch die Dehnung, waren es 16,4 Grad.

Das gleiche Prinzip funktionierte auch mit Polymerfasern, die beispielsweise als Angelschnüre verwendet werden. Hier entdeckten die Forscher eine Besonderheit: Verdrehten sie das Material in die eine Richtung und verknäulten es in die andere, kühlten sich die Fasern beim Auseinanderziehen ab. "Das ist ungewöhnlich, denn normalerweise werden Materialien warm, wenn man sie dehnt", so Baughman.

Kühlschränke und Klimaanlagen verbrauchen 20 Prozent der Elektrizität

Am stärksten ließen sich Nickel-Titan-Drähte mithilfe der Technik herunterkühlen. Sie gelten als besonders vielversprechende Materialien, weil sie ein Formgedächtnis besitzen: Wird ihre Form verändert, bewegen sie sich wieder in die Ausgangsposition zurück.

Dabei verändert sich ihr Aggregatzustand. Allerdings wird nicht wie bei herkömmlichen Kühlmitteln aus flüssig gasförmig, sondern die Legierung wechselt zwischen zwei Kristallstrukturen. Bei den Phasenübergängen wird Wärme verbraucht oder freigesetzt - der Draht erwärmt sich beim auseinanderziehen oder verdrillen und kühlt sich in der Gegenbewegung ab.

Im aktuellen Experiment sank die Temperatur eines solchen Drahtes beim Entdrillen um 17 Grad. Verwendeten die Forscher ein Bündel von vier Drähten, erreichten sie ein Temperaturminus von 20,8 Grad. Das Material verwendeten die Wissenschaftler auch, um einen kleinen Testkühlschrank zu bauen.

Sie integrierten ein dreilagiges Nickel-Titan-Drahtkabel in ein speziell dafür gebautes Gerät. Durch das Entwinden des Drahts konnten sie einen Wasserstrahl um 7,7 Grad herunterkühlen. Füge man weitere Zyklen von Auf- und Entwinden ein, könne man das Gerät noch stärker kühlen, so die Forscher.

Damit die Technik funktioniert, muss der Draht in der Anlage immer wieder entrollt werden - und zieht sich dann eigenständig zusammen. Der Kompressor, der das Kühlmittel im Kühlschrank immer wieder verflüssigt, ist somit zumindest teilweise im Material integriert.

Forscher aus Deutschland arbeiten an ähnlichen Geräten

Laut der zwischenstaatlichen Wissenschaftsorganisation International Institute of Refrigeration verbrauchen Kühlschränke, Eisschränke und Klimaanlagen ungefähr [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ] der weltweit erzeugten Elektrizität. Im Zuge der Industrialisierung in Entwicklungsländern ist damit zu rechnen, dass der Wert noch deutlich steigt.

Auch Wissenschaftler der Universität des Saarlandes forschen deshalb an Nickel-Titan-Drähten. Auch sie haben mithilfe der Materialien bereits einen Klimaanlagen-Prototypen entwickelt und Anfang des Jahres auf der Messe [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ].

Allerdings sind weder der Testkühlschrank des chinesisch-amerikanischen Forscherteams noch die Klimaanlage der deutschen Wissenschaftler marktreif. Die Ingenieure aus dem Saarland arbeiten noch daran, die Wärmeübertragung ihrer Maschine zu verbessern.

Wissenschaftler Baughman sagt: "Zu den Herausforderungen gehört es, Materialien zu finden, die eine lange Lebensdauer haben und zugleich in der Lage sind einen Teil der mechanischen Energie aus der Drehung zurückzugewinnen."

Quelle:[ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ]

[Bady23]

Kenne mich nicht viel mit Kühlschränken aus, aber vielleicht kann es jemand erklären.
Das ist doch ein geschlossener Kreislauf, inwiefern ist das ganze Klimaschädlich?
Läuft bei der Entsorgung etwas schief oder woran liegt es?

[betaalpha]

Alterung, Defekte im Kreislauf, Entsorgung und Herstellung.

Hintergrund
Seit 1995 ist in Deutschland der Einsatz von vollhalogenierten, Ozonschicht schädigenden Kohlenwasserstoffen (FCKW) als Kälte- und Schäumungsmittel in Kühlgeräten verboten. Das Inverkehrbringen von Haushaltskühl- und gefriergeräten, die teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW) mit einem Treibhauspotenzial von 150 oder mehr enthalten, ist in der EU seit 1. Januar 2015 verboten. In Altgeräten können FCKW und HFKW jedoch vorkommen. Durch illegal entsorgte Kühlschränke können diese Stoffe unkontrolliert in dieAtmosphäre entweichen und zur weiteren Zerstörung der Ozonschicht und/ oder zur Erwärmung der Erdatmosphäre beitragen. In Haushaltsgeräten wird heute zumeist Isobutan (R 600a) als Kältemittel und Pentan (R 601) als Schäumungsmittel eingesetzt. Diese halogenfreien Kohlenwasserstoffe haben kein Ozonabbaupotenzial und nur ein sehr geringes Treibhauspotenzial.
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[Schmicky]

Vereinfacht gesagt, alles was 25 Jahre oder älter ist, ist heute nur noch schädlich.
Selbst der Mensch.

Kurz und knapp und es kommt sogar hin.

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ERGO:
Autos und Klimaanlagen sind auch schädlich, aber sind Pflicht ...... Kühlschränke wohl nicht (Ironie pur)