Vijftien procent van het elektriciteitgebruik wereldwijd gaat op aan koeling, hoofdzakelijk air conditioning. Vandaar de zoektocht naar koelinnovaties die energie sparen. In Delft werd hiervoor een materiaal gevonden dat veel warmte opneemt. Rob de Groot, FOM-hoogleraar in Nijmegen ontdekte dat een bijzondere, nieuwe vorm van magnetisme aan dit effect ten grondslag ligt.

Er zijn twee soorten magnetisme – zwak en sterk – en beide nemen warmte op bij verlies aan magnetisatie. Normaliter is dat óf een heel klein effect, óf het vindt plaats bij extreem lage temperatuur (om en nabij de -250º C). Maar nu is er dit dekselse Delftse materiaal, zoals prof. Rob de Groot  het aan de telefoon noemt – een hexagonaal kristal van mangaan, ijzer, fosfor en silicium. Bij kamertemperatuur neemt het enorm veel warmte op bij verlies aan magnetisatie. Hoe kan dat? De Groot is theoretisch natuurkundige en werkt voor de FOM bij het Institute for Molecules and Materials (IMM)  van de Radboud Universiteit.
Met behulp van de kwantummechanica berekende hij dat de ‘dekselse Delftse materialen’ beide vormen van magnetisme in één materiaal combineren. Atomaire lagen gedragen zich afwisselend als sterk en zwak magnetisch.

Sandwich
De Groot legt uit: ‘De sterk-magnetische lagen zorgen ervoor dat de temperatuur waarbij het materiaal zijn magnetisatie verliest niet min 250 graden is, maar kamertemperatuur, of zelfs hoger. Als de zwak-magnetische lagen het magnetische moment verliezen, komen hun atomen vrij voor chemische binding. Die vrijheid gebruiken ze om in een andere – maar wel gerelateerde kristalstructuur te gaan zitten. Deze overgang kost veel warmte. Vandaar de grootte van het effect.’ De Groot schat dat dit effect wel tot 50 procent kan besparen.

Omkeerbaar
Een nieuw gemeenschappelijk FOM-programma van Delft en Nijmegen onderzoekt de fundamentele achtergronden van deze nieuwe vorm van magnetisme en zoekt naar nog betere materialen. Aangezien de processen omkeerbaar zijn – ze worden weer magnetisch en geven dan energie vrij – wordt ook onderzocht of het materiaal geschikt is voor het opwekken van elektriciteit uit afval-warmte.
De Delfts-Nijmeegse resultaten werden vorige week in het tijdschrift Advanced Energy Materials gepubliceerd. / Iris Roggema