Dr. Jingyuan Xu, Karlsruhe | Forschungsabriss

Nachhaltiges Kühlen mit Formgedächtnis-Legierungen

Kühlung ist für etwa 20% des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich – was effizientere Alternativen zu traditionellen Kühlmethoden, wie dampfkompressorbasierten Systemen, äußerst attraktiv macht. Diese konventionellen Systeme basieren auf gasförmigen Kältemitteln, die oft entweichen und erheblich zum Treibhauseffekt beitragen und derzeit für schätzungsweise eine Milliarde Tonnen CO₂-Emissionen weltweit verantwortlich sind.

Dr. Xu entwickelt die Methode der elastokalorischen Kühlung weiter. Dieser Prozess bewirkt Temperaturänderungen, indem er feste intelligente Materialien – insbesondere superelastische Formgedächtnislegierungen – nutzt. Wenn diese Materialien durch mechanische Kraft, wie Kompression, verformt werden, erwärmen sie sich; beim Entspannen kühlen sie ab und erzeugen dadurch einen Kühleffekt. Wichtig ist, dass dieser Prozess keine umweltschädlichen Gase beinhaltet.

Die Forschung von Dr. Xu zielt darauf ab, Systeme zu entwickeln, die ohne Elektrizität funktionieren und stattdessen erneuerbare oder Abwärmequellen unter 100 °C nutzen – sogenannte „Free Cooling“-Geräte. Durch den Einsatz neuartiger Geometrien und optimierter thermischer Zyklen soll die Kühlleistung voraussichtlich um mehr als das Dreifache gesteigert werden.

Die Einsatzbereiche für ihre Forschungsergebnisse reichen von Mini-Kühlsystemen für Elektronikkomponenten oder PCR-Testverfahren bis hin zu Haushaltskühlschränken und Klimaanlagen. In ihrer interdisziplinären Forschung verbindet sie Materialwissenschaft, Ingenieurund Energietechnik.