Dr. 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.

Strategische Partnerschaft treibt Innovationen voran

Seit 2023 arbeiten die HyLICAL-Partner HZDR und MAGNOTHERM eng zusammen und kombinieren akademisches Fachwissen und unternehmerische Innovationskraft, 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 Betriebstätte auf dem Campus Rossendorf eröffnet und ein so genanntes Joint Lab eingerichtet, wo HZDR-Wissenschaftler Dr. 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 100 Kilogramm flüssigen Wasserstoff pro Tag zu produzieren und damit die Skalierbarkeit dieser Technologie für den industriellen Einsatz zu demonstrieren.

Magnetokalorischer Effekt und wie er funktioniert

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. 

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:

• Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
• Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
• Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?

Das HZDR entwickelt und betreibt große Infrastrukturen, die auch von externen Messgästen genutzt werden: Ionenstrahlzentrum, Hochfeld-Magnetlabor Dresden und ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen.  Es ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, hat sechs Standorte (Dresden, Freiberg, Görlitz, Grenoble, Leipzig, Schenefeld bei Hamburg) und beschäftigt fast 1.500 Mitarbeiter*innen – davon etwa 680 Wissenschaftler*innen inklusive 200 Doktorand*innen.

MAGNOTHERM, 2019 als Spin-off der TU-Universität Darmstadt gegründet, ist ein dynamisches Deep-Tech-Unternehmen mit weltweit führender Expertise in magnetischer Kühlung und magnetokalorischen Materialien. Das internationale Team hat intensive Forschungs- und Pionierarbeit für die erfolgreiche Kommerzialisierung der Magnetokalorik mit seiner patentierten magnetischen Kältetechnologie geleistet. Kern der magnetischen Kühlung ist, dass der Kompressor-freie Kälteprozess ohne Kältemittel erfolgt. Das Climate Tech Unternehmen bietet nachhaltige Kühllösungen für den Einsatz im Lebensmittelbereich und Systeme für die industrielle Prozesskälte. Kühllösungen für Rechenzentren und Gebäudeklimatisierung sowie dezentrale Anlagen für die Verflüssigung von Wasserstoff sind in der Planung. https://www.magnotherm.com/…

HyLICAL ist ein Projekt im Rahmen von „Horizon Europe“, dessen Ziel es ist, ein energieeffizientes, kompaktes Wasserstoffverflüssigungssystem auf Basis des magnetokalorischen Effekts zu demonstrieren, das im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren Effizienzsteigerungen von 30 bis 50 % erzielt. Das Projekt bringt führende europäische Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammen, um die magnetokalorische Wasserstoffverflüssigung vom Labor-Proof-of-Concept (TRL 3) zum Prototyp-Demonstrationsstadium (TRL 5) zu skalieren. HyLICAL wird von der Europäischen Union und der Clean Hydrogen Partnership sowie deren Mitgliedern kofinanziert.