De Stichting FOM en BASF The Chemical Company starten een gezamenlijk onderzoek op het gebied van magnetocalorische materialen. Dit is een nieuwe groep koelmaterialen die naar verwachting het milieu minder zal belasten dan de koelmaterialen die vandaag de dag gebruikt worden in koelsystemen.
Een kwart van ons huidige energieverbruik wordt besteed aan koeling, bijvoorbeeld in koelkasten en airco’s. Magnetocalorische materialen zijn een alternatief voor de huidige generatie koelgassen en maken daardoor energiezuinigere koeltechnologieën mogelijk. Onderzoekleider prof.dr. Ekkes Brück (Technische Universiteit Delft) stelt zich tot doel de magnetocalorische basisprincipes gedetailleerd in kaart te brengen en materialen met de beste eigenschappen te ontwikkelen. Het onderzoek van FOM en BASF heeft een looptijd van vijf jaar. Het programma wordt uitgevoerd aan de TUDelft en de laboratoria van BASF in De Meern en Ludwigshaven (D).
Een hedendaagse koelkast koelt op basis van verdamping van een vloeistof (onttrekt warmte uit de koelkast) en gascompressie en -condensatie (afgifte van warmte aan de achterkant van de koelkast) voor het koelen. Het is hierbij van belang dat het koelmiddel aan de juiste fysische specificaties voldoet (kookpunt, dampspanning etc). Het giftige ammoniak uit de eerste koelkasten werd later vervangen door chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK’s), die een potentieel gevaar zijn voor de ozonlaag in onze atmosfeer. Vervangende koelgassen vereisen een hogere druk in het koelsysteem dat leidt tot hoger energieverbruik. Onderzoek naar alternatieve warmtepompprocessen levert daarom een bijdrage aan het ontwikkelen van minder milieubelastende koelsystemen.
Magnetische koeling
Een grote doorbraak was de uitvinding door Brück en zijn collega’s van een nieuwe klasse van magnetocalorische materialen, een magnetische legering. Deze materialen kunnen een ideaal alternatief zijn voor bovengenoemde koelcyclus: het materiaal warmt op in een magnetisch veld en het koelt af als het veld wordt uitgeschakeld. Door gebruik te maken van permanente magneten kunnen de wetenschappers de warmtepomp zeer energie-efficiënt maken, omdat alleen voor het warmtetransport arbeid verricht hoeft te worden. Dit kan in koelprocessen theoretisch een energiebesparing van vijftig procent opleveren.
Bijkomend voordeel is dat warmtepompen op basis van magnetische koeling relatief klein uitgevoerd kunnen worden. Hierdoor zijn ze ideaal voor huis-, tuin- en keukentoepassingen zoals koelkasten, airco’s, koeling van computers en dergelijke. Ze kunnen ook gascompressors vervangen in centrale-verwarmingsystemen.
Nieuw onderzoek
De werking van magnetocalorische materialen blijkt sterk afhankelijk van de structuur op atomaire schaal. Kleine veranderingen kunnen grote gevolgen hebben voor de koeleigenschappen. Binnen het nieuwe onderzoeksprogramma bestuderen Brück en collega’s de fundamentele werking van magnetische koeling en zoeken ze naar de optimale samenstelling van de magnetocalorische legering. Ze gaan proberen díe samenstelling te vinden die de beste resultaten geeft met het simpelste productieproces.
Het onderzoek naar nieuwe materialen zal grotendeels worden uitgevoerd aan de vakgroep ‘Fundamental Aspects of Materials and Energy (FAME)’ van de TUDelft. De onderzoeksafdeling van BASF Nederland B.V. (in De Meern) zal zich parallel richten op de productie van de magnetocalorische materialen en de opschaling hiervan tot op industriële schaal. Momenteel wordt in De Meern een uitgebreid laboratorium ingericht waar de materialen worden gesynthetiseerd; deze zullen met andere industriële partners worden getest in prototypes.
Publiek-private samenwerking
FOM en BASF werken samen in een Industrial Partnership Programme (IPP) van FOM. IPP’s zijn onderzoeksprogramma’s waarin FOM academische kennis koppelt aan industriële ambities door middel van hoogstaand natuurkundig onderzoek in nauwe samenwerking met het bedrijfsleven. Bedrijven financieren minimaal vijftig procent. Het onderzoek van FOM en BASF heeft een looptijd vijf jaar. Het programma wordt uitgevoerd aan de TU Delft en de laboratoria van BASF in De Meern en Ludwigshaven (D).
Informatie over het nieuwe onderzoekprogramma is te vinden op Fom.nl