Kühlen mit verdrehten Fasern

Zusammengenommen verbrauchen alle Klimaanlagen und Kühlgeräte dieser Erde etwa ein Fünftel der globalen Stromproduktion. Auf der Suche nach effizienteren Kühlmethoden fokussierten sich Wissenschaftler nun auf den schon lange bekannten elastokalorischen Effekt: Bestimmte Materialien ändern ihre Temperatur, wenn man sie verformt. In der Zeitschrift „Science“ stellt das Team einen ersten Prototyp aus eng verdrillten Fasern vor, der beim Auseinanderdrehen einen dünnen Wasserstrahl um knapp acht Grad abkühlt.

„Das elastokalorische Verhalten etwa von Naturgummi ist seit dem frühen 19. Jahrhundert bekannt“, erläutert Ray Baughman von der University of Texas in Dallas. Doch für einen spürbaren Kühleffekt muss man das Material normalerweise extrem stark dehnen. Daher experimentierten Baughman und seine Kollegen nun mit verschiedenen Fasern – aus Nylon, Gummi und einer Nickel-Titan-Legierung –, die sie mehrfach ineinander verdrillten. Die Fasern aus Nickel und Titan wiesen pro Zentimeter beispielsweise bis zu fünfzig Windungen auf. Ließen die Forscher die Schnur los, drehte sie sich innerhalb von etwa einer Sekunde auseinander. Dabei kühlte sich ihre Oberfläche um bis zu 20 Grad ab. Im Fall der Gummifasern waren es 16 Grad und bei den Nylonfasern immerhin noch gut fünf Grad.

Aus den Nickel-Titan-Fasern konstruierten die Forscher um Baughman ein kleines Kühlgerät, mit dem sie einen rinnenden Wasserstrahl um 7,7 Grad abkühlten. „Wenn man die Fasern noch schneller verdrillt und wieder entspannt, ist eine noch stärkere Kühlung möglich“, so Teammitglied Zunfeng Liu von der Nankai Universität im chinesischen Tianjin. Die Wissenschaftler wollen künftig weitere Kühlmodule aus verdrillten Fasern entwickeln – und halten es durchaus für möglich, dass deren Wirkungsgrad signifikant höher ausfällt als der von herkömmlichen Kühlkreisläufen.