Sommer 1902, New York ächzt unter einer Rekordhitze. Sie macht auch den Maschinen zu schaffen: In einer Druckerei in Brooklyn verzieht sich aufgrund hoher Temperaturen und Luftfeuchtigkeit das Papier so sehr, dass man nicht mehr produzieren kann. Die Druckerei beauftragt den erst 25-jährigen Maschinenbauer Willis Carrier, Abhilfe zu schaffen. Carrier liefert: Er entwickelt eine Anlage, bei der Ventilatoren die warme, feuchte Raumluft über Dampfspulen mit eiskaltem Wasser blasen. Kalte, trockene Umluft ist die Folge. Die moderne Klimaanlage ist erfunden.
Der Kältebedarf steigt
Heute kühlen laut Schätzungen weltweit rund zwei Milliarden Geräte – und sind von der Lösung zu einem Teil des Problems geworden: Klimaanlagen stehen für circa zehn Prozent des weltweiten Stromverbrauchs und rund drei Prozent der Treibhausgasemissionen. Und der Bedarf an Kühlung steigt. Die Internationale Energieagentur schätzt, dass sich die Zahl der Klimaanlagen bis 2050 verdreifachen wird. Wir benötigen also dringend effizientere und umweltfreundlichere Kühltechnologien.
Als eine der wichtigsten Alternativen gilt die elastokalorische Kühlung. Dabei kommen Legierungen wie Nickel-Titan oder auch Polymere zum Einsatz, die Wärme aus der Umgebung aufnehmen oder an diese abgeben, sobald sie äußeren Reizen ausgesetzt werden. Dazu gehören magnetische Impulse, Druck, mechanische Spannung oder elektrische Felder. Diese Technologie arbeitet ganz ohne klimaschädigende Kältemittel. Auch deshalb sehen das US-Energieministerium und die EU-Kommission in der elastokalorischen Kühlung eine der wichtigsten Alternativen zur Dampfkompression. Das Weltwirtschaftsforum nennt diese Form der Kühlung eine der „Top 10 Emerging Technologies“.
Eine weitere Möglichkeit, Räume effizient und nachhaltig zu kühlen, bieten Membranwärmepumpen. Sie sind mit einer selektiv durchlässigen Membran zur Wärmeübertragung ausgestattet. Bei der elektrochemischen Variante treibt ein durch elektrische Spannung erzeugter Ionentransport die Flüssigkeitskompression und somit die Kühlung an. Bei der sorptionsbasierten Wärmepumpe wird Dampf durch eine Membran geführt, um ein Absorptionsmittel (zum Beispiel eine Salzlösung) von einem Kältemittel zu trennen und so Kühlung zu erzeugen. Beide Systeme nutzen Flüssigkeiten, die kaum Treibhausgase freisetzen.
Flüssige Lösung
Sogar die Nasa ist in den Wettlauf um die fortschrittlichste Klimaanlage eingestiegen. Vor Kurzem hat die US-Weltraumagentur das Unternehmen Helix Earth gegründet. Es verfolgt das Ziel, den Energieverbrauch von Klimaanlagen zu halbieren, indem es klassische Dampfkompressionsgeräte mit flüssigen Trockenmitteln zur Vorentfeuchtung ausrüstet.
In Zukunft wird es eine Vielzahl von Möglichkeiten geben, einen kühlen Kopf zu bewahren und zugleich die Umwelt zu schonen. Fortschritte auf diesem Gebiet sind dringend geboten, denn eines ist sicher: Die weltweit steigenden Temperaturen werden das Bedürfnis nach kühlen Räumen erhöhen. Aus diesem Grund analysiert Foresight das Thema im Rahmen des Projekts „GameChanger 2035“ mit Blick auf Zukunftspotenziale für Evonik.
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