Effizienter kühlen mit Magnetfeldern
MAGNOTHERM und HZDR nehmen Pilotanlage HyLICAL zur Wasserstoffverflüssigung in Betrieb.
Das EU-Projekt HyLICAL hat mit der Inbetriebnahme der ersten magnetokalorischen Pilotanlage Europas zur Wasserstoffverflüssigung einen wichtigen Meilenstein erreicht. Der vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und dem Darmstädter Start-up MAGNOTHERM entwickelte Demonstrator stellt einen Durchbruch im Bereich der nachhaltigen, energieeffizienten magnetischen Kühlung dar und ebnet den Weg für den großtechnischen Einsatz in der Industrie.
Tino Gottschall, Wissenschaftler am Hochfeld-Magnetlabor Dresden (HLD) des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) erforscht schon seit Jahren Möglichkeiten der magnetischen Kühlung. Seine Vision: Eine Anlage, die täglich 5.000 Kilogramm flüssigen Wasserstoff produziert und damit deutlich effizienter und günstiger als bisherige Kompressoren zur Verflüssigung arbeitet. Gemeinsam mit MAGNOTHERM und anderen HyLICAL-Partnern arbeitet sein Team daran, zu beweisen, dass die Wasserstoffverflüssigung auf Basis des magnetokalorischen Effekts für den industriellen Einsatz skaliert werden kann.
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Seit 2023 arbeiten die HyLICAL-Partner eng zusammen, um magnetokalorische Kühltechnologien voranzubringen. „Unsere magnetische Kältetechnologie bedeutet eine neue Art der klimafreundlichen und energieeffizienten Kältetechnik, ganz ohne Kompressoren und umweltschädliche Kühlgase. So können wir die benötigte Climate-Tech-Transformation innerhalb der Kälteindustrie entscheidend beschleunigen“, erklärt Timur Sirman, einer der beiden MAGNOTHERM-Geschäftsführer, die Motivation hinter der Kooperation.
MAGNOTHERM hat 2024 eine zweite Betriebsstätte auf dem Campus Rossendorf eröffnet und ein „Joint Lab“ eingerichtet, wo HZDR-Wissenschaftler Tino Gottschall und MAGNOTHERM-Ingenieur Thomas Platte eine Pilotanlage zur Wasserstoffverflüssigung aufgebaut haben. Das Herzstück bildet ein 19-Tesla-Supraleitungsmagnet, der in den Boden des HLD eingelassen ist. Zum Vergleich: Moderne MRT-Geräte in der Medizin verwenden Magnete mit einer Stärke von 1,5 bis 3 Tesla. „Mit dieser Anlage können wir nun das Prinzip und die Funktionsweise nachweisen“, sagt Gottschall. Das nächste Ziel ist es, die Effizienz zu steigern, um einhundert Kilogramm flüssigen Wasserstoff pro Tag zu produzieren und damit die Skalierbarkeit dieser Technologie für den industriellen Einsatz zu demonstrieren.
Europas erster Demonstrator einer magnetisch gekühlten Wasserstoffverflüssigungsanlage basiert auf dem magnetokalorischen Effekt. Dieser Effekt tritt auf, wenn Materialien mit bestimmten Eigenschaften :– ein Beispiel ist die Lanthan-Eisen-Silizium-Legierung (LaFeSi) :– in ein Magnetfeld gebracht werden. Je nach Ausrichtung der magnetischen Momente können die metallischen Materialien einen plötzlichen Temperaturabfall oder -anstieg verursachen. Mit diesem Prinzip ist es möglich, Wasserstoff nach einer Vorkühlung mit flüssigem Stickstoff auf -253 :Grad Celsius zu kühlen. Sobald diese niedrige Temperatur erreicht ist, beginnt das Gas zu verflüssigen. „Unsere Methode bietet erhebliche Vorteile für die Wasserstoffverflüssigung“, erklärt Gottschall. „Mit dem MAGNOTHERM-Gemeinschaftslabor am HZDR wollen wir die Verflüssigungskosten im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen auf unter 1,50 Euro pro Kilogramm Wasserstoff senken.“
Die Inbetriebnahme der Pilotanlage ist ein wichtiger Schritt für HyLICAL auf seinem Weg zur Weiterentwicklung energieeffizienter, kompakter Wasserstoffverflüssigungstechnologien auf Basis magnetokalorischer Kühlung. Durch die Validierung dieses Ansatzes im Pilotmaßstab unterstützt das Projekt das Ziel Europas, grünen Wasserstoff kostengünstiger zu produzieren, Transportkosten zu senken und den Übergang zu einem klimaneutralen Energiesystem zu beschleunigen. [HZDR / dre]
