DEMO14 - COOLab

Die Energiewende hin zu einer emissionsfreien Zukunft erfordert umfassende Maßnahmen. Durch Elektrifizierung und erneuerbare Energien schreiten die Mobilitäts- und Stromwende voran. Die Wärmewende, also klimaneutrales Heizen und Kühlen, wird durch Wärmepumpen unterstützt. Kompressor-basierte Wärmepumpen sind hierbei zentral, erreichen aber nicht das Carnot-Limit, welches die theoretisch maximale Effizienz eines Wärmekraftprozesses definiert. Es besteht Potential zur Effizienzsteigerung und Bedarf an alternativen, emissionsfreien Technologien.

Festkörperwärmepumpen, wie elektrokalorische Wärmepumpen, sind vielversprechend. Sie sind leise und umweltfreundlich, aber noch wenig erforscht. Der elektrokalorische Effekt ermöglicht reversible Temperaturänderungen durch elektrische Felder. Elektrokalorische Wärmepumpen sind komplex und interdisziplinär und deshalb bisher wenig zugänglich. Ein mobiler Technologiedemonstrator soll hier helfen.

Ziel

Das Projekt soll ein mobiles und miniaturisiertes Forschungslabor einer elektrokalorischen Wärmepumpe realisieren, das die zugrunde liegenden Prinzipien der leistungselektronischen und elektro-thermischen Energiewandlung allgemeinverständlich demonstriert.

Zielgruppe des Forschungslabors sind Schülerinnen und Schüler, MINT-Studieninteressierte, Studierende, Forscherinnen und Forscher sowie die breite Gesellschaft.

Das Projekt ist Teil der Forschungsgruppe "Smarte Converter für eine emissionsfreie Mobilität der Zukunft" am Institut für Elektrische Energiewandlung (iew) der Universität Stuttgart, die untersucht, wie elektrische Energiewandler effizienter, nachhaltiger und intelligenter gestaltet werden können.

Zukünftige Anwendungsfelder elektrokalorischer Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen sind beispielsweise die Klimatisierung von Elektrofahrzeugen (Innenraum, Batterie), Datenzentren, Lebensmittel oder die Gebäude- und Raumklimatisierung.

Vorgehen

• Aufbau eines miniaturisierten Wärmeregenerators (thermo-mechanisches Teilsystem) aus elektrokalorischen Komponenten
• Aufbau einer effizienten Leistungselektronik (elektrisches Teilsystem) zum zyklischen Laden-/Entladen elektrokalorischer Kondensatoren
• Entwurf eines mobilen Forschungslabors, das die Grundprinzipien der zugrundeliegenden elektrischen und elektrothermischen Energiewandlung als miniaturisiertes Gesamtsystem veranschaulicht.

Nutzen

• Motivation, Gewinnung und Ausbildung von Fachkräften im Bereich Ingenieurwissenschaft, MINT und Elektrotechnik
• Innovation und Beitrag zur beschleunigten Energiewende
• Vernetzung von Forschung (Universitäten, ICM, weitere Institute), Industrie, KMUs und Startups