Forschungsprojekt: Mit Abwärme stromfrei kühlen

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der japanischen Universität Tsukuba haben ein wärmegetriebenes System entwickelt, mit dem man Festkörper stromfrei kühlen kann. Die Forschungsarbeit eröffnet neue Möglichkeiten, um Abwärme und Sonnenenergie direkt zu nutzen.

Das Forschungsteam hat nach eigenen Angaben „das erste wärmegetriebene elastokalorische Kühlsystem entwickelt, das Abwärme und Sonnenenergie für eine nachhaltige Kühlung nutzbar macht“. Bei ihrem Konzept übernimmt Wärme die Rolle, die bislang ein Elektromotor spielte. „Die entscheidende Neuerung ist, dass wir zwei komplementäre Funktionen von Formgedächtnislegierungen kombinieren, sodass eine Folie Wärme in mechanische Arbeit umwandelt, während die andere diese Arbeit in Kälte umwandelt“, erklärt Dr. Jingyuan Xu, Young Investigator Group Leader des ZEco Thermal Lab am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT.

Wärme statt Motor

Bislang brauchten auch elastokalorische Systeme einen elektrisch angetriebenen Aktor, so die Forscher. Wärmequellen wie Abwärme oder Sonnenenergie ließen sich daher nicht direkt nutzen. Weil das Team bei seinem neuen Konzept jetzt aber zwei hauchdünne Nickel-Titan-Folien mit komplementären Funktionen koppelt, funktioniert das System ganz ohne Elektromotor: Die erste Folie nutzt einen Formgedächtniseffekt. Sie zieht sich zusammen, wenn sie erwärmt wird, und wandelt thermische Energie direkt in mechanische Arbeit um. Diese Bewegung wird unmittelbar auf die zweite Folie übertragen, in der das wiederholte Be- und Entlasten reversible Veränderungen der Kristallstruktur auslöst, die Kälte erzeugen. Auf diese Weise ersetzt Wärme den bisher notwendigen Elektromotor.

Kühlleistung im Labor bestätigt

Die Machbarkeit des Systems haben die Forscher bereits experimentell bewiesen. Im nächsten Schritt wollen sie mehrere Folien parallelschalten und so die Kühlleistung steigern. Nach Ansicht der Forscher sind die verschiedensten Anwendungen möglich. Mit dem System könne man beispielsweise Computerprozessoren kühlen, die dafür ihre eigene Abwärme nutzen. Außerdem könne man die empfindliche Elektronik in Fahrzeugen mit Wärme aus dem Antriebsstrang kühlen.

„Wir glauben, dass dies erst der Anfang ist“, sagt Dr. Xu. „Indem wir diese Technologie skalieren, wollen wir kompakte Kühlsysteme entwickeln, die reichlich vorhandene Wärmequellen für eine nachhaltige Kühlung nutzen.“

Die Arbeit wurde von der Carl-Zeiss-Stiftung (CZS-Nexus-Projekt), der Baden-Württemberg-Stiftung (Eliteprogramm für Postdoktorandinnen und Postdoktoranden) und der Hector Fellow Academy gefördert.

Veröffentlichung in Nature Energy. (DOI: 10.1038/s41560-026-02122-6)