Camfridge wurde 2005 gegründet und ist das älteste bekannte Unternehmen für magnetische Kältetechnik. Seit mehreren Jahren erprobt es eine wirtschaftlich tragfähige Lösung, die ohne Gadolinium auskommt. Nun ist das Unternehmen bereit, seine revolutionäre Net-Zero-Lösung zu skalieren.
Neil Wilson, CEO von Camfridge, erläutert in diesem exklusiven Interview mit Refrigeration Industry die Chancen und Herausforderungen dieser äußerst disruptiven Technologie.
Wie hat sich die magnetische Kältetechnik im Laufe der Jahre entwickelt, und wie kann sie dazu beitragen, die Branche auf einen nachhaltigen Weg zu bringen, der ohne umweltschädliche Kältemittelgase auskommt und zugleich weniger Energie verbraucht?
Refrigeration Industry (RI): Schildern Sie uns den Weg von Camfridge in der magnetischen Kältetechnik, von den Anfängen bis zum heutigen Stand. Was unterscheidet Sie von anderen?
Neil Wilson (NW): Die Dekarbonisierung der Kältetechnik und der Kühlung insgesamt war bereits 2005, als Camfridge gegründet wurde, eine Herausforderung und ist es bis heute. Camfridge verbindet auf interessante Weise verschiedene Ansätze, nämlich Werkstoffinnovation, Technologieentwicklung und Produktrealisierung, um ein wachsendes und profitables Unternehmen zu schaffen, das potenziell einen erheblichen Beitrag zu den Zielen der CO2-Reduzierung leisten kann.
Die Gründung von Camfridge im Jahr 2005 war ambitioniert. Heute sind wir das älteste Unternehmen für magnetische Kältetechnik, was uns hinsichtlich Erfahrung und Marktkenntnis sowie Tiefe und Breite unserer F&E einen enormen Vorteil verschafft. Darüber hinaus wird es schwierig sein, mit unserer etablierten Lieferkette sowie unseren Forschungsorganisationen und Marktpartnern zu konkurrieren.
Wir haben frühzeitig drei wesentliche Faktoren erkannt: 1) Magnetische Kältetechnik kann nur dann erfolgreich sein, wenn sie auf kostengünstigen Kältemitteln basiert, die in großem Maßstab hergestellt werden können; 2) sie muss kompakt sein, damit sie sich in bestehende Gerätedesigns integrieren lässt; und 3) sie muss gegenüber bestehenden Technologien eine überlegene Energieeffizienz und Produktlebensdauer bieten.
Anfangs investierten wir erhebliche Anstrengungen in Berechnungsmodelle, sodass wir uns auf die Spezifikationen konzentrieren konnten, die für eine erfolgreiche Lösung bei den Kühlkomponenten erforderlich waren. Mit einem klaren Ziel arbeiteten wir an sogenannten Legierungen der dritten Generation, bei denen es sich um kostengünstige Kältemittelwerkstoffe auf Eisenbasis handelt, die anfangs sehr schwer zu verarbeiten waren. Zunächst entwickelten wir Hochleistungsregeneratoren, also Kühlkomponenten, und anschließend ein hocheffizientes Fluidsteuerungssystem, das nur eine geringe Antriebsleistung benötigt. Auf dieser Grundlage konnten wir äußerst kompakte Kühlsysteme entwickeln.
Unser starker Fokus auf Kompaktheit beruht auf mehr als zehn Jahren Zusammenarbeit mit Geräteherstellern, die nach einer Lösung suchen, die sich in bestehende Gerätedesigns integrieren lässt. Ein Erstausrüster (OEM), der unsere neue Technologie zum ersten Mal einführt, möchte zumindest anfangs nicht unbedingt ein völlig neues Produktdesign und eine neue Fertigungslinie entwickeln.
Wir betreiben unsere Kühlsysteme inzwischen seit mehreren Jahren und testen, verbessern und optimieren unsere Konstruktionen kontinuierlich, um Leistung und Kompaktheit zu steigern. Parallel dazu haben wir skalierbare Produktionsverfahren für alle unsere Teile sowie einfache, kostengünstige Lösungen entwickelt, die beispielsweise ohne teure Beschichtungen auskommen, um die Langlebigkeit unserer Werkstoffe und Komponenten sicherzustellen.
Das Ergebnis ist eine äußerst wettbewerbsfähige Lösung, die wir mit mehreren OEMs testen und die Endanwendern helfen wird, sowohl die Kosten als auch die CO2-Auswirkungen der Kühlung zu reduzieren.
Ri: Für welche kältetechnischen Anwendungen eignet sich die magnetische Kältetechnik? Wann sollte sie in Betracht gezogen werden?
NW: Magnetische Kältemittelwerkstoffe können bei Temperaturen von deutlich unter -50 °C (-58 °F) bis über +50 °C (122 °F) betrieben werden. Magnetische Kältetechnik ist ein allgemeines Verfahren zur Wärmeübertragung, von warm nach kalt oder von kalt nach warm, und kann daher in einem breiten Spektrum von Kühl- oder Heizanwendungen eingesetzt werden.
Vorerst wird sie vor allem jene Anwender ansprechen, die die CO2-Auswirkungen der Kühlung reduzieren und die Gesamtbetriebskosten ihrer Kühlanwendungen, einschließlich Energie- und Wartungskosten, senken möchten. Auf dieser Grundlage bietet die magnetische Kältetechnik bereits eine CO2-ärmere und kostenmäßig wettbewerbsfähige Lösung mit einer Amortisationszeit von deutlich weniger als drei Jahren.
Am effizientesten arbeitet die Technologie wahrscheinlich, und erzielt damit die höchsten Einsparungen bei den Betriebskosten, in Anwendungen mit relativ klar definierten Betriebstemperaturen, beispielsweise in Kühlgeräten für Haushalte und Gewerbe beziehungsweise den Einzelhandel, in vielen industriellen Kühlprozessen oder in Erdwärmepumpen.
Ri: Welche Vorteile bietet der Einsatz magnetischer Kältetechnik in der Kältetechnik?
NW: Die Vorteile lassen sich in solche unterteilen, die zu besseren Umweltergebnissen beitragen, und solche, die einen Kostenvorteil bieten.
Bessere Umweltergebnisse:
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Die in der magnetischen Kältetechnik verwendeten festen Kältemittel haben ein Treibhauspotenzial (GWP) von null. Im Gegensatz dazu weisen alle anderen Kältemittel mit Ausnahme von Ammoniak ein GWP von mehr als 0 auf, viele sogar ein GWP von über 1.000.
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Produkte mit magnetischer Kältetechnik sind für die Kreislaufwirtschaft geeignet, die bei Camfridge einen Schwerpunkt bildet.
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Geringere CO2-Auswirkungen. In jeder Phase des Produktlebenszyklus, von der Vorproduktion über die Produktion und Nutzungsphase bis zum Lebensende, reduziert die magnetische Kältetechnik die CO2-Auswirkungen im Vergleich zur derzeitigen Dampfkompressionskältetechnik.
Kostenvorteile:
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Niedrigere Energiekosten, wobei Energierechnungen derzeit einen enormen Faktor darstellen.
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Geringerer Wartungsaufwand, da keine Kältemittel austreten können.
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Geringere Qualifikationsanforderungen bei Reparatur und Wartung: Da keine schädlichen und unter Druck stehenden Kältemittelgase vorhanden sind, werden keine spezialisierten Techniker mit Schulung im Umgang mit Gasen benötigt.
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Wettbewerbsfähige direkte Kosten nach der Skalierung.
Ri: Welche Nachteile beziehungsweise potenziellen Nachteile hat die magnetische Kältetechnik?
NW: Es handelt sich um eine neue Technologie, und da der Aufbau von Marktdynamik Zeit benötigt, dauert es auch, die notwendigen Investitionen für die Skalierung der Technologie zu gewinnen.
Eine geäußerte Sorge betrifft die Abhängigkeit von chinesischen Lieferketten für Permanentmagnete. In einer idealen Welt sollten wir die Kosteneffizienz würdigen, die China in die Permanentmagnetindustrie eingebracht hat, doch inzwischen bestehen umfassendere strategische Bedenken.
Die gute Nachricht ist, dass mehrere neue Permanentmagnetwerkstoffe entwickelt werden, darunter einer, der vollständig ohne chinesische Vorleistungen auskommt. In fünf Jahren werden wir alle noch kostengünstigere und leistungsfähigere Permanentmagnete verwenden, die überall hergestellt werden können. Das ist sehr spannend.
Ri: Welche Produkte mit magnetischer Kältetechnik hat Ihr Unternehmen entwickelt, und wie werden sie am Markt wahrgenommen?
NW: Wir konzentrieren uns auf die Zusammenarbeit mit OEMs und nicht mit Endanwendern und entwickeln für mehrere frühzeitig einsteigende OEMs sowohl Haushalts- als auch Gewerbekühlgeräte auf Basis unserer Technologie.
Die Motivation der OEMs für eine Zusammenarbeit mit uns ist im Wesentlichen die Nachhaltigkeit. Ihre Kunden, insbesondere im gewerblichen Bereich, konzentrieren sich sehr stark darauf, sowohl die CO2-Auswirkungen als auch die Gesamtkosten der Kühlung zu reduzieren.
Ri: Gibt es Innovationen, die Ihrem Unternehmen zugeschrieben werden?
NW: Wir verfügen über drei erteilte Patente in Japan, Brasilien, der Europäischen Union (EU), den Vereinigten Staaten (US) und China, die entscheidend dafür sind, dass unsere Lösung funktioniert.
Eine Kernkompetenz unseres Unternehmens besteht darin, kostengünstige magnetokalorische Legierungen zu funktionalisieren und dabei Langlebigkeit und Leistung auf skalierbare Weise sicherzustellen. Diese Kompetenz hat uns wiederum in die Lage versetzt, die einzige magnetische Lösung zu entwickeln, die kompakt und zur Integration in bestehende Geräte bereit ist, ohne dass bestehende Konstruktionen geändert werden müssen. In diesem Bereich verfügen wir gegenüber unseren Wettbewerbern über einen technologischen Vorsprung von mehreren Jahren.
Vor Kurzem haben wir öffentlich demonstriert, wie kompakt unsere Lösung ist, indem wir unser System in einen kleinen Getränkekühler für die Arbeitsplatte integrierten. Im direkten Vergleich sind die beiden Geräte, eines mit magnetischer und das andere mit konventioneller Technik, identisch. Sie verfügen über exakt dasselbe Kühlvolumen. Lediglich auf der Rückseite ist ein Unterschied erkennbar.
Kühlschränke mit magnetischer Kältetechnik sind inzwischen ebenso kompakt wie konventionelle Kühlschränke.
Ri: Worauf sollte jeder, der nach einer Lösung mit magnetischer Kältetechnik sucht, bei seiner Auswahl achten?
NW: Es ist relativ einfach, ein magnetisches Kühlsystem auf Basis von Gadolinium zu bauen. Einige Unternehmen stellen solche Systeme sogar heute noch in Supermärkten auf und behaupten, dies sei eine tragfähige Lösung. Diese Geräte haben jedoch keinen wirtschaftlichen Nutzen. Sie sind zu teuer und werden sich niemals kosteneffizient skalieren lassen. Bei Camfridge haben wir nie Gadolinium verwendet und werden dies auch niemals tun.
Wir arbeiten mit mehreren OEMs zusammen und liefern ihnen Testsysteme, die auf unserer Technologie und unseren Verfahren basieren. Derzeit arbeiten wir mit diesen OEMs daran, die Produktion unserer Lösung zu skalieren.
Ri: Gibt es am Markt Widerstand gegen die magnetische Kältetechnik? Falls ja, warum sind die Menschen Ihrer Meinung nach zurückhaltend?
NW: Ich denke, die magnetische Kältetechnik wurde in der Vergangenheit übermäßig angepriesen, und infolgedessen sind einige Kunden gegenüber der Technologie skeptisch geworden.
Beispielsweise gab es vor einigen Jahren in Frankreich ein Unternehmen namens Cooltech Applications, das behauptete, über die erste industrialisierte Lösung für magnetische Kältetechnik zu verfügen. Das Unternehmen ging schließlich insolvent, und der Grund dafür war offensichtlich. In seinem Blackbox-System befand sich Gadolinium im Wert von Tausenden, sogar Zehntausenden Euro, das vollständig von Hand montiert wurde. Die Realität war sehr weit von den vollmundigen Verkaufsversprechen entfernt, und dies schreckte potenzielle Kunden und Investoren viele Jahre lang ab.
Nun verfügen wir jedoch über eine wirtschaftlich tragfähige Lösung ohne Gadolinium, die mehrere Jahre lang getestet wurde und zur Skalierung bereit ist. Die Kunden zeigen sich wieder begeistert.
Ri: Welche Fortschritte wurden in den vergangenen 5-10 Jahren bei der magnetischen Kältetechnik erzielt?
NW: Bei der Entdeckung magnetischer Kältemittelwerkstoffe gab es keine nennenswerten Fortschritte, obwohl dies ein aktives akademisches Forschungsgebiet ist.
Die tatsächlichen Fortschritte wurden bei der Werkstofftechnik, Funktionalisierung und den Produktionsverfahren für Kältemittel erzielt, also bei der Herstellung kostengünstiger Kältemittelwerkstoffe, die zu Niederdruckstrukturen geformt werden, eine effiziente Kühlung ermöglichen und in großem Maßstab hergestellt werden können.
Ri: Welche F&E-Arbeiten werden derzeit im Bereich der magnetischen Kältetechnik durchgeführt? Wie wird sich diese Technologie Ihrer Erwartung nach künftig verändern beziehungsweise weiterentwickeln?
NW: Unser Schwerpunkt liegt nun auf der Skalierung der Produktion, um so schnell wie möglich ein Serienprodukt statt Prototypen auf den Markt zu bringen. Die Erweiterung des Betriebsbereichs der Technologie auf niedrigere und höhere Temperaturen sowie hohe Kälteleistungen wird sich auf natürliche Weise ergeben, jedoch erst, wenn ein erstes Produkt am Markt etabliert ist.
Ich denke außerdem, dass das Aufkommen leistungsfähiger und nicht aus China stammender Permanentmagnete eine spannende Entwicklung ist. Sie trägt dazu bei, verbleibende Bedenken hinsichtlich einer Konzentration der Lieferketten auszuräumen, und könnte potenziell ermöglichen, dass magnetische Kältetechnik tatsächlich sehr kostengünstig wird.
Ri: Glauben Sie, dass die magnetische Kältetechnik künftig bei kältetechnischen Anwendungen an Beliebtheit gewinnen wird? Warum beziehungsweise warum nicht? Was treibt diese Entwicklung an?
NW: Die International Energy Agency (IEA) schätzt, dass bis 2050 CO2-Äquivalentemissionen aus der Kühlung in Höhe von 250 Gt (Gigatonnen) vermieden werden müssen, um Net Zero zu erreichen. Die magnetische Kältetechnik wird bei diesem Übergang eine enorme Rolle spielen. Aus den ESG-Berichten großer Anwender von Kältetechnik geht hervor, dass allgemein anerkannt wird, dass Innovationen der Schlüssel zu einer Kühlung mit Netto-Null-Emissionen sind. Bei Camfridge stellen wir fest, dass unsere innovative Technologie bei denjenigen OEMs auf das größte Interesse stößt, die Kunden mit ambitionierten Net-Zero-Zielen beliefern.
Die magnetische Kältetechnik ist eine äußerst disruptive Technologie, da sie die einzige neue Kühllösung der vergangenen 150 Jahre ist, die hinsichtlich der Effizienz mit Gasverdichtern konkurrieren kann. Sie ist zudem äußerst nachhaltig, da sie gasfrei und kreislauffähig recycelbar ist. Damit trägt sie dazu bei, die Branche auf einen nachhaltigen Weg zu bringen, indem umweltschädliche HFC- und HFO-Kältemittelgase, sogar Kohlenwasserstoffe, eliminiert werden und zugleich weniger Energie verbraucht wird.
Eine CO2-arme und kostengünstigere Kühltechnologie wird erfolgreich sein, möglicherweise sogar außerordentlich erfolgreich.
