Hong Kong, 26. Mai 2025 – Forscher der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) haben eine bahnbrechende elastische Legierung namens Ti??Nb?? entwickelt, die die Effizienz von Festkörper-Wärmepumpen drastisch steigert. Die Legierung erreicht eine 20-fach höhere reversible Temperaturänderung (?T) als herkömmliche Metalle und bietet eine umweltfreundliche Alternative zu energieintensiven Heiz- und Kühlsystemen, die auf fossilen Brennstoffen basieren. Die Ergebnisse wurden kürzlich in Nature Communications veröffentlicht.
Credits
HKUST
Fast die Hälfte der globalen Energie wird für Heizzwecke verbraucht, etwa in Gebäuden oder der Industrie. Der Großteil dieses Bedarfs wird durch fossile Brennstoffe gedeckt, die hohe Treibhausgasemissionen verursachen. Herkömmliche Wärmepumpen, die auf Festkörperphasenübergängen basieren, erreichen nur 50–70 % der Carnot-Effizienzgrenze. Die neue Legierung, entwickelt unter der Leitung von Prof. Qingping Sun von der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik, nutzt den thermoelastischen Effekt (TeE) – die Wärme, die durch elastische Verformung entsteht – und erreicht eine Effizienz von etwa 90 % der Carnot-Grenze.
Der martensitische Ti??Nb??-Polykristall erzeugt bei linearer elastischer Verformung eine Temperaturänderung von 4–5 K, im Vergleich zu nur 0,2 K bei herkömmlichen Metallen. „Unsere Entdeckung widerlegt die Ansicht, dass der thermoelastische Effekt zu schwach für praktische Anwendungen ist“, erklärt Prof. Sun. Die Forschung deutet zudem an, dass optimierte ferroelastische Legierungen Temperaturänderungen von bis zu 22 K ermöglichen könnten.
„Diese Technologie ist ein Durchbruch für die Dekarbonisierung“, betont Dr. Qiao Li, Erstautor der Studie. „Wir entwickeln bereits Prototypen für industrielle Anwendungen.“ Die Legierung bietet eine nachhaltige Alternative zu Dampfkompressions-Wärmepumpen und könnte die grüne Wärmepumpenindustrie revolutionieren.
Die Studie wurde vom Hong Kong Research Grants Council gefördert, und es wurden mehrere internationale Patente angemeldet. Mit dieser Innovation setzt die HKUST einen Meilenstein für umweltfreundliche, hocheffiziente Wärmeversorgung und trägt zur globalen Energiewende bei.
DOI
