Magneto-calorische koeling

Samenvatting

Magnetische koeling maakt gebruik van het zogeheten magneto-calorische effect in bepaalde vaste stoffen. Door het toevoegen van een extern magneetveld kunnen deze materialen opwarmen of afkoelen.

Wat is het?

Magnetische koeling maakt gebruik van het zogeheten magneto-calorische effect in bepaalde vaste stoffen. Alle atomen in legeringen – een mengsel van metalen - hebben een eigen (ongeordend) magnetisch veld. Wanneer legeringen in een magnetisch veld worden geplaatst, wordt het magnetisch veld in die legeringen geordend. Dat komt doordat alle atomen de richting van het magnetisch veld overnemen. Door die beweging warmt het materiaal op. Deze warmte kan vervolgens afgevoerd worden naar buiten. Wanneer het magneetveld weer wordt uitgezet, wordt het magneetveld weer ongeordend en koelt de legering af. Het wordt zelfs kouder dan bij de beginsituatie. Om terug te komen naar de beginsituatie, neemt de legering dan warmte op uit de omgeving. Daardoor daalt de omgevingstemperatuur. Deze cyclus kan continu worden herhaald.

Waar is het geschikt?

Ruimtekoeling met het magneto-calorische effect is nog niet beschikbaar voor commercieel gebruik in woningen. Er worden wel al verschillende voorbeeldmodellen ontwikkeld en getest, zoals magneto-calorische warmtepompen en koelkasten.

Hoe duurzaam is het?

Magneto-calorisch koelen biedt een aantal voordelen ten opzichte van gebruikelijke koeling. Zo worden er bij deze techniek geen schadelijke gassen of koudemiddelen gebruikt. Daarnaast is magneto-calorisch koelen stiller en meer energie-efficiënt dan een gebruikelijke airconditioner.

Gebruik

Het marktperspectief voor magneto-calorische koeling ligt vooral in koelkasten, transportkoeling en koeling in supermarkten. In de toekomst kan deze vorm van koeling in principe overal worden toegepast waar nu warmtepompen en airconditioners worden gebruikt.

Stand van de techniek

De theorie over de magneto-calorische werking, is al ruim een eeuw bekend. Echter zijn commerciële toepassingen pas sinds kort op de markt. Onderzoekers en ontwikkelaars werken aan  van deze techniek, maar voorlopig wordt deze methode alleen gebruikt in koelkasten en voor koeling in supermarkten en transport.

Vanaf 2014 wordt magneto-calorische koeling gedemonstreerd in koelkasten. De TU Delft is reeds bezig met de ontwikkeling van een magneto-calorische warmtepomp. Naar verwachting wordt in 2020 een prototype van een 2 kW warmtepomp getest voor eengezinswoningen (TRL 5-6). Na de testfase zal de TU Delft het vermogen proberen te verhogen naar 10 kW voor toepassingen in koelbedrijven.

Aandachtspunten, voor- en nadelen

Veel legeringen waarmee deze techniek kan worden gebruikt, bestaan uit stoffen die schaars of duur zijn. Recente onderzoeken bieden goedkopere uitkomsten met betaalbare, minder schadelijke en minder schaarse grondstoffen, waaronder een legering van ijzer, silicium, fosfor en mangaan. Deze techniek is echter nog niet commercieel beschikbaar voor ruimtekoeling in gebouwen.

Bronnen / verder lezen

1. "Hoe werkt magnetische koeling?", RCC K&L, 26 oktober 2017,  https://www.koudeenluchtbehandeling.nl/verdieping/magnetisch-koelen-een-veelbelovende-nieuwe-techniek-89118
2. "Ontwikkeling magnetocalorische warmtepomp, R&D  roadmap", Prof. Dr. E.H. Brück. (2016). TKI Urban Energy. Ontwikkeling magnetocalorische warmtepomp, R&D roadmap, https://projectcco.org/images/documenten/Onderlegger_magnetocal_warmtepomp_RoadmapCCO.pdf
3. "Warmte onttrekken met magneten", Rijkert Knoppers, TW.nl, 9 augustus 2019, https://www.technischweekblad.nl/nieuws/warmte-onttrekken-met-magneten
4. " A cooling system without harmful refrigerants", Fraunhofer Research News, 1.8.2019, https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2019/august/a-cooling-system-without-harmful-refrigerants.html
5. "Magnetische koelmachine in gebruik", De Ingenieur, 17 juni 2016, https://www.deingenieur.nl/artikel/magnetische-koelmachine-in-gebruik
6. https://youtu.be/jnl9m0rSE7U