Technologien für die Energiewende

Wärmepumpen sind ein essenzieller Bestandteil der Energiewende, da sie eine nachhaltige Klimakontrolle ermöglichen, indem sie beispielsweise regenerativ erzeugten Strom nutzen. Im Fraunhofer-Leitprojekt Elektrokalorische Wärmepumpen (ElKaWe) arbeiten sechs Fraunhofer-Institute an der Entwicklung elektrokalorischer Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen. Mögliche Anwendungsbereiche finden sich in Gebäuden, Haushalts- und Industriekühlgeräten sowie Klimaanlagen in Autos. Elektrokalorische Wärmepumpen versprechen einen hohen Wirkungsgrad und kommen ohne schädliche Kältemittel aus. Das Projekt startete im Oktober 2019 und endet im Dezember 2024.

Partnerinstitute

Fraunhofer IPM (Projektleitung), Fraunhofer IAP, Fraunhofer FEP, Fraunhofer IAF, Fraunhofer IKTS, Fraunhofer LBF

Am Fraunhofer IAP werden grundlegende Bausteine für derartige Wärmepumpen entwickelt: elektrokalorische Materialien sowie Mehrschichtkomponenten. Die Materialien basieren z. B. auf Polymeren mit polaren Molekülgruppen, welche sich in polar angeordneten kristallinen Phasen im Material zusammenfügen und durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes in Richtung der Feldlinien ausgerichtet werden können. Nach Abschalten des elektrischen Felds können sie sich wieder frei bewegen. Während dieser Vorgänge gibt das Material eine bestimmte Wärmemenge ab oder nimmt sie auf. Durch genau getaktete Variationen der angelegten elektrischen Feldstärke an Mehrschichtkomponenten in einem Heatpipe-System entsteht daraus eine Wärmepumpe, die sowohl Wärme als auch Kälte erzeugen kann. 

»Elektrokalorische Wärmepumpen tragen das Potenzial in sich, eine Schlüsselrolle bei der Erreichung der Klimaziele zu spielen und die Wärmewende entscheidend zu beschleunigen.« 

Dr. Michael Wegener, Leiter Abteilung »Sensoren und Aktoren« am Fraunhofer IAP