ECO-KÜHL
»Elektrokalorik - zur umweltfreundlichen und effizienten Kühlung«
Förderperiode: 2025 bis 2027
Art des Projekts: Demonstratorprojekt
Forschungsschwerpunkt: Nachhaltige Materialien, Komponenten und Produkte
Themenfeld: Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz von Produktionsprozessen
Projektpartner:
Ansprechpartner
Dr. Kilian Bartholomé
Kilian.Bartholome@ipm.fraunhofer.de
Jun.-Prof. Dr. Stefan Mönch
Der weltweite Bedarf an Kühlungs- und Klimatisierungssystemen steigt stetig, bis 2050 wird davon ausgegangen, dass mehr Energie zum Kühlen als zum Heizen aufgewandt werden wird. Heute verwendete Kompressionskältemaschinen erreichen zwar bereits eine thermodynamische Effizienz von bis zu 60 % des theoretischen Limits, benötigen aber sowohl mechanische und laute Kompressoren als Verdichter als auch Kältemittel, die zum Teil brennbar oder klimaschädlich sind.
Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM und das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF forschen seit Jahren im Feld der Elektrokalorik, die das Potenzial bietet, geräuscharme und effiziente Wärmepumpen und Kühlsysteme zu realisieren, die ohne schädliche Fluide auskommen. Hierbei wurde bereits in vorausgegangenen Forschungsprojekten die hohe Energieeffizienz elektrokalorischer Komponenten als auch eine hohe Leistungsdichte durch einen speziellen, von Fraunhofer patentierten Systemansatz nachgewiesen. Nachdem auch die Kaskadierung mehrerer elektrokalorischer Segmente für einen erhöhten Temperaturhub erfolgreich gelungen war und eine perspektivische Systemkostenabschätzung der Technologie eine grundsätzliche Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologie attestierte, soll im Rahmen des ECO-KÜHL-Projektes nun auf der vorausgegangenen Forschung aufgebaut und die Technologie weiterentwickelt werden.
Projektziele sind die Herstellung von elektrokalorischen Polymerkomponenten mit einer SiOx-Beschichtung am Fraunhofer IPM zur Optimierung der Wärmeabfuhr und GaN-auf-Saphir-Transistoren mit Sperrspannung von 1,7 kV am Fraunhofer IAF für höhere Betriebsspannung und dadurch erhöhten elektrokalorischen Effekt.
Nach erfolgreicher Durchführung des Demonstratorprojekts und dem Erreichen eines höheren technology readiness levels mit der Unterstützung des Leistungszentrums Nachhaltigkeit sind Folgeprojekte mit Industriepartnern aus den anvisierten Zielmärkten von Kühlanlagenherstellern angedacht. Eine Weiterentwicklungsphase der Prototypen kann dann dazu dienen, die Marktfähigkeit des Systems zu optimieren und einen Beitrag für eine sichere und energieeffiziente Zukunft von Kühlsystemen zu leisten.
