Een magnetisch gekoeld biertje

De schadelijke gassen die in de koelkast en airco voor verkoeling zorgen, zullen plaatsmaken voor speciale koelmagneten, meent prof.dr. Ekkes Brück. Als het aan hem ligt komen de eerste elektrische auto’s en wijnkoelkasten met deze toepassing in 2012 op de markt.

In laboratoria staan wereldwijd al koelsystemen die werken met magneten en zogenaamd magnetocalorisch materiaal. Al sinds 1933 lukt het om daarmee te koelen tot één graad boven het absolute nulpunt. Het principe is simpel: leg een magnetisch veld aan en de magnetocalorische stof warmt op; schakel het veld uit en hij koelt af. Hoewel deze koeltechniek relatief energiezuinig is en weinig vervuilend, heeft hij de huiskamers nog niet weten te veroveren.

De huis-, tuin- en keukenkoelkast werkt volgens het zogenaamde gascompressie en -verdampingsproces. “Dat is heel vervuilend, omdat daarbij in het koelsysteem broeikasgassen zoals CFK’s en butaan circuleren, die uiteindelijk altijd weglekken”, zegt prof.dr. Ekkes Brück van de vakgroep fundamental aspects of materials and energy van Technische Natuurwetenschappen. “Bovendien verslinden zulke ijskasten energie.”
Brück werkt samen met BASF aan de ontwikkeling van een milieuvriendelijker alternatief: een magneetkoelkast ‘waaruit je op een warme dag een koud biertje kunt halen’. Brück: “We zoeken magnetocalorische materialen waarmee we koelsystemen kunnen maken voor hogere temperaturen dan die in het lab gangbaar zijn. Temperaturen tussen -20 graden Celsius en +20 graden.”
Maar die temperatuurreikwijdte is niet het enige criterium. Om energie en ruimte te besparen moet het materiaal bij kleine veranderingen in magneetveldsterkte al een groot koeleffect vertonen. Daarnaast moet het materiaal goedkoop zijn en zeer gangbaar op aarde om niet binnen de kortste keren uitgeput te raken.

Enkele jaren geleden ontdekte Brück zo’n materiaal. De legering die hij onderzocht, van mangaan, ijzer, fosfor en arseen, vertoonde veelbelovende magnetocalorische eigenschappen. Volgens Brück kunnen koelkasten er tweemaal zo zuinig van worden. Het was een doorbraak die hem een Nature-publicatie opleverde. Voor het samenwerkingsproject met BASF, dat ook door de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie wordt gefinancierd, bestudeert de Delftenaar nu de kristalstructuren van deze stof en het effect dat de korrelgrootte van de verschillende deeltjes heeft op de koeleigenschappen. BASF onderzoekt of het materiaal op grote schaal te produceren is.

Met zijn ontdekking hoopt de onderzoeker andere koudekenners de loef af te steken. Verschillende universiteiten en bedrijven hebben de afgelopen jaren prototypes magneetkoelkasten gemaakt met de stof gadolinium. Maar deze koelkasten zouden op de markt vier maal zo duur zijn als gangbare ijskasten. Brück en BASF willen met de legering koelsystemen maken die wel kunnen concurreren met de hedendaagse ijskasten. “In het begin zal het koelsysteem wat duurder zijn, maar voor luxueuze producten hoeft dat niet zo’n probleem te zijn”, aldus de onderzoeker die denkt dat hun koelsysteem als eerste zal worden gebruikt door wijnliefhebbers die speciale koelboxen hebben voor dure flessen. “Koelsystemen trillen en dat is slecht voor de wijn. Met een magneetkoelkast heb je dat probleem niet.” Volgens Brück kan het koelsysteem ook mooi meeliften met elektrische auto’s wanneer die de weg veroveren. “Airco’s verbruiken ontzettend veel energie, ze gebruiken immers hetzelfde koelmechanisme als koelkasten. Dat gaat allemaal ten koste van de afstand die je met de wagen kunt afleggen. Als je dankzij onze airco verder kunt rijden, zal daar wel vraag naar zijn.”
En wanneer komen die koelsystemen op de markt? “Nou, laat ik een voorzichtige schatting maken”, zegt Brücks collega bij BASF, Bennie Reesink. “Ik verwacht dat tegen 2012 de eerste magneetairco’s en -wijnkoelkasten verkocht worden.”