Efficiënt en veilig magnetisch koelsysteem

Koelen kan op vele manieren, maar meestal gebruiken koelkasten vluchtige koelmiddelen. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques verbeterden het sinds 1917 bekende mechanisme van magnetisch koelen. Daarmee bereiken de Duitse wetenschappers een magnetisch koelsysteem met een efficiencyniveau van vijftig procent.

Fluorkoolwaterstoffen zijn krachtige broeikasgassen en daarom verboden als koelmiddel. De wel goedgekeurde koelmiddelen butaan en propaan zijn weer ontvlambaar. In huishoudelijke koelkasten is dit nog niet zo erg, maar wel in industriële koelsystemen. Materialen die onder invloed van magnetisme opwarmen en die afkoelen als het magnetische veld verdwijnt vormen een goed alternatief. Tot nog toe hadden dit soort systemen echter een efficiency van dertig procent. Het magnetisch koelsysteem dat Fysicus Kilian Bartholomé van het Fraunhofer instituut ontwikkelde verbetert die efficiency met twintig procent.

Nieuwe legering

Als magnetocalorisch materiaal gebruiken de onderzoekers een legering van lanthanium, ijzer en silicium. Het magnetisch koelsysteem maakt gebruik van latente warmte, ofwel de energie die een vloeistof nodig heeft om in damp te veranderen. Vacuümbuis zonnecollectoren en bijvoorbeeld koelsystemen van computers gebruiken dit natuurkundig fenomeen al. Basis van die systemen is een vacuümbuis met daarin een kleine hoeveelheid vloeistof. Warmt één zijde van de buis op dan verdampt de vloeistof aan deze  zijde en condenseert deze opnieuw aan de koude zijde.

Magnetisch koelsysteem

De magnetocalorische warmtepijp die Fraunhofer IPM ontwikkelt, is echter aanzienlijk complexer. Het bestaat uit vele kleine kamers met magnetocalorisch materiaal. Dankzij de fijn poreuze structuur van de legering, kan deze optimaal worden doordrongen door waterdamp. Om de efficiëntie nog verder te verhogen, rangschikten de onderzoekers de segmenten van de warmtepijp in een cirkelvormig patroon en plaatsten een roterende magneet in het midden.

Men verwacht dat deze testopstelling tegen het einde van het jaar een vermogen van driehonderd watt kan genereren. Ter vergelijking: de compressor in een huishoudelijke koelkast produceert een vermogen van 50 tot 100 watt.