© ESRF/P. Jayet

Nachhaltige Magnete: PUMA hilft der Energiewende

Leistungsstarke Magnete können zur effektiven Kühlung, Wärme- und Stromerzeugung verwendet werden. Sie tragen entscheidend zur Energiewende bei. Ein Verbund unter der Leitung der Universität Duisburg-Essen (UDE) erforscht daher neue magnetische Werkstoffe, die effizient und umweltverträglich sind. Partner im Projekt PUMA sind die Technische Universität Darmstadt und das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Das Bundesforschungsministerium fördert PUMA ab Oktober für vier Jahre mit zwei Millionen Euro.

Ob in der Robotik, bei der Datenspeicherung oder der Energieumwandlung: Magnete werden bereits in vielen Bereichen eingesetzt. Um sie herzustellen, braucht es Metalle und Mineralien, meist sind es Seltene Erden. Im Projekt PUMA (PUlsed high MAgnetic fields for new functional magnetic materials) wollen die Wissenschaftler:innen daher hocheffiziente Magnete entwickeln, die möglichst ohne diese eingeschränkt verfügbaren und deshalb als kritisch eingestuften Rohstoffe auskommen.

„Wir konzentrieren uns zum einen auf Permanentmagnete. Diese haben einen maximal hohen Wirkungsgrad und werden beispielsweise in Motoren für die Elektromobilität eingesetzt oder in Generatoren für Windkraftanlagen“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Heiko Wende von der UDE. Sein Kollege von der TU Darmstadt, Prof. Dr. Oliver Gutfleisch, ergänzt: „Zum anderen erforschen wir neue Materialien, die sich den magnetokalorischen Effekt zunutze machen. Das bedeutet, dass verschiedene Metalle und Legierungen ihre Temperatur ändern können, sobald sie einem magnetischen Feld ausgesetzt sind. Uns interessiert vor allem, dieses Phänomen zur festkörperbasierten Kühlung als klimafreundliche Alternative zur konventionellen Gas-Kompressionskühlung einzusetzen.“

Die beiden universitären Projektpartner arbeiten bereits erfolgreich zusammen, etwa im DFG Sonderforschungsbereich/Transregio 270. Für die Untersuchungen wird der Dreierverbund nun die europäische Experimentierstation ESRF in Grenoble nutzen, denn sie ist eine der weltweit brillantesten Anlagen für Synchrotronstrahlung.

„In Grenoble planen wir, an einem Strahlrohr ein neues gepulstes Hochfeldsystem aufzubauen“, erklärt Prof. Dr. Joachim Wosnitza vom HZDR. „Damit sollen Magnetfelder mit mehr als 50 Tesla erzeugt werden, das entspricht dem Einmillionenfachen des Erdmagnetfelds. So können wir die Wechselwirkungen genau analysieren, die für die Funktion der magnetokalorischen Materialien wesentlich sind.“