Start-up entwickelt kompressorlose Wärmepumpen-Technologie

Mit einem stolzen Grinsen zündet Christian Vogel das Feuerzeug in seiner rechten Hand an. "Das ist Butan", sagt er. Dann bückt sich herunter zur Rückseite eines Gefrierschranks. "Das Gas in diesem Kältekreis, hier im Kompressor, das ist Butan. Das gleiche Gas." In anderen Verdichtern würden als Kältemittel Hydrofluorolefine (HFO) verwendet, die eine klimaschädliche Wirkung haben.

Kompressoren sind das Herzstück von Kühlschränken, Klimaanlagen und Wärmepumpen. Einfach gesagt entziehen Wärmetauscher ihrer Umgebung Wärme. Durch die Verdichtung, also Kompression, eines Kühlmittels lassen sich große Temperaturunterschiede erreichen. Je nach Anwendung wird so gekühlt oder geheizt. Der Kompressor verdichtet die Kühlmittel. Das erzeugt das typische Summen eines Kühlschranks oder einer Wärmepumpe.

Das Start-up von Geschäftsführer Vogel hat nun eine Möglichkeit entwickelt, ohne Kompressoren kühlen zu können. "Sie haben entweder brennbare, giftige oder klimaschädliche Kältemittel, und wir wollen dieses Bauteil ersetzen, damit Kälte- und Wärmepumpen klimafreundlicher werden", sagt er.

Revolution der Wärmepumpe?

Konkret ersetzt das Freiburger Unternehmen Qurie den Kompressor mit sogenannten elektrokalorischen Heatpipes. Darin sind Kunststoffe verbaut, die sich erwärmen, wenn durch das Bauteil Strom fließt. Als Kältemittel dient in diesem Fall Wasser, das an den heißen Platten verdampft. Dadurch steigt der Druck, was einen Kompressor in diesem Fall unnötig macht.

Fließt kein Strom mehr, kühlt sich das Material wieder ab, der Wasserdampf kondensiert, und der Prozess kann erneut beginnen. Diesen Zyklus können Keramiken oder Kunststoffe wiederholen, ohne dass Verluste entstehen, was eine höhere Energieeffizienz ermöglicht.

Die Gründer wollen damit die Wärmepumpenindustrie revolutionieren. Theoretisch erreichen die Forscher laut eigener Aussage mit ihren System einen Wirkungsgrad von 70 Prozent. Zum Vergleich: Aktuelle Kompressoren erreichen etwa 50 Prozent. "Die Technologie hat das Potenzial aufgrund ihrer Vorteile, weil sie energieeffizienter sein kann, weil sie ohne schädliche Fluide arbeiten kann und weil sie perspektivisch insbesondere auch kostengünstiger werden kann", sagt Entwicklungsleiter und Gründer Kilian Bartholomé.

2028 erste Produkte auf dem Markt

Zunächst will sich das Unternehmen auf das Kühlen von Schaltschränken mit elektrischen Bauteilen von Industrie-Anlagen oder Kühlschränken von Supermärkten konzentrieren. Bisher haben die Entwickler in kleinem Rahmen nachgewiesen, dass ihr System funktioniert, bei Leistungen bis 100 Watt. Bis zum kommenden Jahr wollen sie größere Geräte entwickeln und die Materialeigenschaften testen.

"Darauf basierend werden wir in die Produktentwicklung gehen, sodass wir 2028 die ersten Pilotprodukte zur Verfügung stellen können", sagt Bartholomé. Ausgehend vom Nischenmarkt der Schaltschrankklimatisierung nimmt er perspektivisch auch Klimaanlagen und Wärmepumpen für Häuser in den Blick.

Der Wärmepumpenforscher und Geschäftsführer von Heat Pumps Watch, Marek Miara, sagt, das dauere noch ein paar Jahre. "Für eine Anwendung im Haus müsste die Leistung des Systems verhundertfacht werden." Etwa zehn Kilowatt sei der Richtwert für eine Wärmepumpe, um ein Haus zu heizen. "Optimistisch würde ich sagen, dass die ersten Prototypen frühestens in fünf bis zehn Jahren kommen", sagt Miara.

Theoretische Vorteile könnten schwinden

Effizienter, sicherer und ohne summenden Kompressor auch leiser: Diese theoretischen Vorteile des elektrokalorischen Systems sieht auch Miara. Aber: Je länger die Entwicklung dauere, desto kleiner würden sie. Umweltschädliche Gase würden beispielsweise ersetzt.

"Die Sicherheit und Klimafreundlichkeit sehe ich zweitrangig, weil viele Hersteller mittlerweile auf Propan in ganz kleinen Mengen umstellen." In diesen Größenordnungen sei auch das brennbare Propan keine Gefahr. Und die Kompressoren-Wärmepumpen entwickelten sich aktuell rasant weiter, was das Thema Lautstärke und Leistungsfähigkeit angeht, so Miara.

Chancen sieht er dennoch für die Technologie. "Ich kenne Herrn Bartholomé, und ich glaube, er würde diese Firma nicht gründen, wenn er nicht daran glaubt, dass es einen Markt für sein System gibt." Stand jetzt sei der Wärmepumpen-Markt jedoch weit entfernt. Dementsprechend sei die Strategie des Start-ups richtig, sich erst mal auf Kühlung zu konzentrieren.