Onderzoekers van Fraunhofer hebben een grote stap gezet richting elektrocalorische warmtepompen zonder compressor. Wat betekent dit voor de toekomst?
De wereldwijde vraag naar koel- en verwarmingstechnologie groeit explosief. Huidige warmtepompen werken op basis van compressoren en gebruiken vaak schadelijke koudemiddelen. Maar wat als we deze volledig kunnen vervangen door een solide, efficiënte en milieuvriendelijke oplossing? Dat is precies waar de Fraunhofer-onderzoekers aan werken.
Doorbraak in elektrocalorische materialen
Binnen het afgeronde ElKaWe-project werkten zes Fraunhofer-instituten samen aan een revolutionair concept: warmtepompen op basis van elektrocalorische materialen. Deze materialen kunnen warmte afgeven of opnemen door elektrische spanning toe te passen. Dit maakt het mogelijk om zonder schadelijke koudemiddelen en met een potentieel hogere energie-efficiëntie te verwarmen en te koelen.
De onderzoekers testten verschillende polymeren, keramische en hybride materialen. Vooral dunne elektrocalorische polymeerfilms en keramische componenten op basis van PMN-PT (lood-magnesium-niobaat/lood-titanaat) bleken veelbelovend. De eerste duurzaamheidstests toonden aan dat de keramische componenten na 70 miljoen cycli nog steeds uitstekend presteren.
Snellere warmteoverdracht zonder schadelijke stoffen
Een groot struikelblok bij elektrocalorische warmtepompen is het snel afvoeren van warmte. Hier brachten de onderzoekers een doorbraak met actieve elastocalorische warmtebuizen (AEH). Deze technologie maakt gebruik van ethanol en water als koelvloeistof, een duurzamer alternatief voor conventionele warmtepompen. Dankzij een gepatenteerd ontwerp kon de warmte tien keer per seconde van het elektrocalorische materiaal verdampen en condenseren, wat een aanzienlijke prestatieverbetering opleverde.
Bovendien ontwikkelden de onderzoekers superhydrofiele lagen voor een efficiënte verdamping en een ingekapseld elektrodesign om elektrische storingen te voorkomen. Daarnaast werd een innovatieve GaN-gebaseerde DC/DC-omvormer ontwikkeld die een recordrendement van 99,74% behaalde, een wereldwijde primeur.
Op weg naar marktintroductie
Met drie verschillende demonstratiesystemen toonden de onderzoekers aan dat alle componenten samenwerkten en de verwachte prestaties behaalden. Simulaties lieten zien dat elektrocalorische warmtepompen al kunnen concurreren met compressor-gebaseerde systemen. En met verdere materiaaloptimalisatie ligt een nog hogere efficiëntie in het verschiet.
Christian Vogel, lid van het projectadviescomité, concludeert: "Het team heeft essentiële vragen opgelost en het potentieel van elektrocalorische technologie duidelijk aangetoond."
Een gamechanger in energietransitie?
Hoewel er nog werk aan de winkel is, tonen de resultaten aan dat elektrocalorische warmtepompen een duurzaam en efficiënt alternatief kunnen worden. Ze kunnen een grote rol spelen in de energietransitie door een milieuvriendelijkere oplossing te bieden voor verwarming en koeling. Wordt dit de toekomst van klimaatbeheersing?
Open Immovlan