Bis zum Jahr 2030 will die Bundesrepublik die Treibhausemissionen um 65% im Vergleich zu 1990 senken. Ein wichtiger Baustein, um fossile Brennstoffe weniger nutzen zu müssen, sind Wärmepumpen, die im Winter heizen und im Sommer kühlen. Allerdings sind die herkömmlichen Geräte laut, verbrauchen viel Strom und beinhalten klimaschädliche Kältemittel. Am Dresdner Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnologie FEP forschen daher Wissenschaftler an neuen Materialien, die die Wärmeübertragung in den Pumpen verbessern sollen. Erste Fortschritte werden Anfang September der Öffentlichkeit vorgestellt.

Die neuen Materialien verändern in elektrischen Feldern ihre Temperatur und sollen so Wärme beziehungsweise Kälte erzeugen. Dies erhöhe die Effizienz und mache den Einsatz von Kältemitteln überflüssig. Durch die Reduktion des Energieverbrauchs sinke auch die CO2-Emission noch weiter. Um dieses Ziel zu erreichen, mussten die Forscher bei den sogenannten elektrokalorischen Wärmepumpen ein Hindernis überwinden: Zur Übertragung von Wärme werden Flüssigkeiten verdampft beziehungsweise kondensiert. Diese müssen in der Pumpe flächendeckend aufgetragen werden. Allerdings sind die Oberflächen meist hydrophob, also wasserabweisend. Am FEP wurden nun neue Dünnschichten entwickelt, die Wasser nicht abweisen.

Erste Untersuchungen mit den neuen Materialien zeigten, dass Tröpfchen auf dem innovativen Untergrund besser zusammenhielten und schneller wuchsen. Maria Barrera, die am Projekt mitarbeitet, erklärte: "Dies ermöglicht es, innerhalb einer Sekunde mehrere Zyklen von Kondensation und Wiederverdampfung zu durchlaufen. Dank der mesoporösen Beschichtungen bleibt fast die gesamte Fläche während der Kondensationsprozesse aktiv. Das verbessert also die Wärmeübertragungsleistung erheblich." Die Beschichtung sei ideal für den Einsatz in Wärmepumpen geeignet. "Die Entwicklung der elektrokalorischen Wärmepumpe hat das Potenzial, ein Game-Changer für nachhaltige Wärmepumpentechnologie zu werden", meinte Barrera weiter. Bisher wurden die Materialien nur im Labor getestet. Bis sie in der Praxis flächendeckend anwendbar sind, könnten noch fünf bis sieben Jahre vergehen. Vorgestellt werden die Erkenntnisse auf der Konferenz PSE in Erfurt Anfang September 2024.

jar/fep