Bis zu 30 Prozent weniger Strom: Deutsches Start-up baut Wärmepumpe ohne Kompressor
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Neue Technologien sollen den Strombedarf von Wärmepumpen und Haustechnik künftig drastisch senken.
Klassische Wärmepumpen nutzen mechanische Kompressoren, um Kältemittel zu verdichten und Umweltwärme nutzbar zu machen. Das Freiburger Start-up Qurie verfolgt einen radikal anderen Ansatz: Ein Festkörpersystem soll den gesamten Verdichtungsprozess überflüssig machen.
Die Ausgründung des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik (IPM) setzt auf elektrische Felder anstelle mechanischer Bauteile. Das Ziel ist eine rechnerische Stromersparnis von bis zu 30 Prozent gegenüber heutigen Systemen.
Spannung statt Verdichtung: Das Prinzip der Elektrokalorik
Im Zentrum der Neuentwicklung stehen elektrokalorische Keramiken und Polymere. Sobald an diese Materialien eine elektrische Spannung angelegt wird, richten sich die internen Ladungsschwerpunkte neu aus und der Stoff erwärmt sich.
Wird das elektrische Feld nach dem Abtransport der Wärme abgeschaltet, kühlt das Material schlagartig ab. In diesem Zustand kann es erneut Umweltwärme aufnehmen und der Zyklus beginnt von vorn.
Wärmetransport per Heatpipe
Um die Wärme schnell abzuführen, nutzt Qurie vakuumversiegelte Röhren, sogenannte Heatpipes. Darin verdampft Wasser oder Ethanol an den warmen Segmenten und kondensiert an kälteren Stellen.
Rückschlagventile lenken den Fluss der Flüssigkeit im geschlossenen Kreis. Ein klassischer Kältemittel-Kompressor wird für diesen Transport nicht benötigt.
Theorie verspricht deutliche Effizienzgewinne
Nach Berechnungen von Qurie-Mitgründer Christian Vogel könnte die Technologie mehr als 70 Prozent des thermodynamisch maximal möglichen Wirkungsgrads erreichen. Herkömmliche Kompressor-Systeme liegen im Schnitt bei etwa 50 Prozent.
Bei identischem Temperaturhub entspräche dieser Unterschied einer Stromeinsparung von knapp 29 Prozent. Belastbare Messwerte aus einem seriennahen Gerät stehen allerdings noch aus.
Kleines Kraftwerk Solarmodule und Wechselrichter.
Simulationen im Rahmen des Fraunhofer-Forschungsprojekts ElKaWe zeigten mit derzeitigen Materialien zunächst eine Effizienz auf dem Niveau etablierter Kompressoren. Für spätere Ausführungen hält das Entwicklerteam einen Vorsprung von 20 Prozent für realistisch.
Vom Zwei-Watt-Versuch zum industriellen Prototyp
In Laborversuchen lieferte eine Kaskade aus vier Segmenten bislang rund zwei Watt Kühlleistung bei einer Temperaturdifferenz von zwei Grad. Die Machbarkeit des Prinzips ist damit belegt.
Ein nächster Prototyp soll 20 Segmente nutzen, einen Temperaturunterschied von 20 Grad bewältigen und etwa 100 Watt leisten. Im April erhielt das Start-up 2,2 Millionen Euro Investorengelder für die Weiterentwicklung.
Erste kommerzielle Anwendungen plant das Unternehmen bei der Kühlung von Schaltschränken sowie Laser- und Photoniksystemen. Für den Einsatz in Wohngebäuden strebt Qurie Systeme mit bis zu zehn Kilowatt Leistung an – ein Schritt, der wegen des hohen Materialbedarfs und fehlender Skaleneffekte noch Entwicklungszeit erfordert.