KLIMAWISSEN · 04. AUGUST 2026

Festkörperkühlung: Wie Kälte ohne Kältemittel entsteht

Festkörperkühlung ersetzt das strömende Gas im Kühlkreislauf durch einen festen Werkstoff, der beim Zustandswechsel Wärme aufnimmt. Vier physikalische Effekte konkurrieren um die erste Anwendung, drei davon werden in Deutschland erforscht. Marktreif ist keiner, die Richtung steht trotzdem fest.

VON MARTIN JENDRISCHIK · 9 Min. Lesezeit LESEN

Der Strombedarf für Raumkühlung ist seit 2015 um rund die Hälfte gestiegen. Kühlschränke, Supermarktkühlmöbel, Rechenzentren und private Klimaanlagen ziehen zusammen mehr Strom als der gesamte EU-Stromverbrauch, und jede Hitzewelle beschleunigt diesen Trend zusätzlich. Das technische Prinzip dahinter hat sich in all den Jahrzehnten kaum verändert.

Genau darin liegt für Materialforscher wie Oliver Gutfleisch von der TU Darmstadt das eigentlich Ungewöhnliche. Ihm falle keine zweite Technologie ein, die sich in hundert Jahren nicht grundlegend gewandelt habe, sagt er: Licht, Motoren, Datenspeicher und Stromerzeugung hätten sich mehrfach neu erfunden, die Kühltechnik nicht. Festkörperkühlung ist der erste ernsthafte Versuch, daran etwas zu ändern.

Warum ist Gasverdichtung seit 190 Jahren unangefochten?

Seit 1834 funktioniert Kühlung fast überall nach demselben Muster. Ein gasförmiges Kältemittel wird verdichtet und gibt dabei Wärme an die Umgebung ab, danach entspannt es sich und verdampft wieder. Bei diesem Phasenübergang entzieht das Kältemittel seiner Umgebung latente Wärme, genau das erzeugt den Kälteeffekt im Kühlschrank, in der Klimaanlage und in der Wärmepumpe.

Fast jedes Kühlgerät der Welt arbeitet nach diesem Muster, vom Haushaltskühlschrank über die Klimaanlage bis zur Industriekälteanlage im Supermarkt. Das Prinzip ist robust, effizient und milliardenfach verbaut, deshalb hat es sich so lange gehalten. Sein Schwachpunkt sitzt im Kältemittel, das durch den Kreislauf strömt.

Genau deshalb wird das Prinzip selbst kaum infrage gestellt, wenn über Kühltechnik diskutiert wird. Debatten drehen sich um Effizienzklassen, um die Dämmung von Gebäuden oder um den Streit darüber, wer sich eine Klimaanlage leisten darf. Dass der physikalische Kern seit fast zwei Jahrhunderten unverändert ist, gerät dabei aus dem Blick.

Warum wird jetzt am Kältemittel selbst gerüttelt?

Fluorkohlenwasserstoffe, kurz F-Gase, kühlen zuverlässig, tragen aber extrem stark zur Erderwärmung bei, wenn sie entweichen. Butan und Propan sind leicht entflammbar, Ammoniak ist giftig, und CO₂ als Kältemittel braucht sehr hohen Druck. Jede Alternative zum klassischen F-Gas erkauft sich ihre Vorteile mit neuen Risiken.

Die EU hat auf dieses Dilemma regulatorisch reagiert. Die Verordnung (EU) 2024/573 über fluorierte Treibhausgase ist seit dem 11. März 2024 geltendes Recht und schreibt einen verschärften Ausstiegspfad für teilfluorierte Kohlenwasserstoffe bis zum vollständigen Verbot im Jahr 2050 vor, mit einem Zwischenziel von 35 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent pro Jahr bis 2030. Bereits im Umlauf befindliche, rezyklierte und aufbereitete Kältemittel dürfen noch bis zum 1. Januar 2032 weiterverwendet werden.

Für Hersteller heißt das: Wer langfristig kühlen will, kommt an einem kleineren F-Gas-Fußabdruck nicht vorbei. Genau in dieser Lücke setzt die Festkörperkühlung an.

Was ist Festkörperkühlung, und welche vier Effekte treiben sie an?

Festkörperkühlung erzeugt Kälte über einen Phasenübergang in einem festen Werkstoff statt in einem strömenden Kältemittel. Das Material wechselt unter äußerem Einfluss seinen inneren Zustand und nimmt dabei Wärme auf oder gibt sie ab. Ein Kältemittelkreislauf wird dafür nicht mehr gebraucht.

Beim magnetokalorischen Effekt löst ein Magnetfeld den Zustandswechsel aus, Entmagnetisieren kühlt die Legierung ab. Gutfleisch und sein Team an der TU Darmstadt haben dafür eine Legierung aus Lanthan, Eisen und wenig Silizium entwickelt, deren magnetischer Übergang bei Raumtemperatur liegt. Aus dieser Forschung ging Ende der 2010er Jahre das Startup MagnoTherm Solutions hervor.

Beim elastokalorischen Effekt übernimmt mechanische Kraft diese Rolle. Paul Motzki von der Universität des Saarlandes und sein Team haben einen Demonstrator in der Größe eines Umzugskartons gebaut. Drahtbündel aus einer Formgedächtnislegierung werden rasch gedehnt und wieder entspannt, finden nach jeder Verformung in ihre Ursprungsform zurück und entziehen der Umgebung dabei Wärme.

Motzki erwartet bis zu 50 Prozent Stromersparnis gegenüber klassischen Systemen. Seine erste Zielanwendung ist die Lüftung von Niedrigenergiehäusern. Ein alltagstaugliches System hat er noch nicht.

Für Europa sieht Motzki darin mehr als ein Forschungsprojekt. Es sei eine Riesenchance, sagt er: „Wir können Marktführer einer Schlüsseltechnologie werden."

Beim elektrokalorischen Effekt löst ein von außen angelegtes und wieder entferntes elektrisches Feld den Phasenübergang aus. Kilian Bartholomé vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg hält diesen Weg für besonders aussichtsreich und hat Anfang 2026 mit Kollegen die Firma Qurie gegründet, geschrieben mit Q. Qurie zielt zunächst auf Schaltschrankklimatisierung und Laserkühlung, im Labor bislang bis 100 Watt nachgewiesen, erste Pilotprodukte sind für 2028 angekündigt.

Ein vierter Effekt, barokalorisch genannt, nutzt Druck als Auslöser und arbeitet mit sogenannten plastischen Kristallen. Verfolgt wird er unter anderem vom britischen Startup Barocal aus Cambridge. Verglichen mit den anderen drei Effekten steht diese Forschung noch am Anfang.

Die vier kalorischen Effekte der Festkörperkühlung im Vergleich. Quellen: DER SPIEGEL (04.08.2026), tagesschau.de (21.07.2026)
Effekt	Auslöser	Material (Beispiel)	Akteur	Stand 2026
Magnetokalorik	Magnetfeld	Lanthan-Eisen-Silizium-Legierung	MagnoTherm Solutions (TU Darmstadt)	Kühlmöbel im Lebensmittelhandel, 15 bis 20 Prozent sparsamer
Elastokalorik	Mechanische Kraft	Formgedächtnislegierung	Universität des Saarlandes	Demonstrator, kein praxistaugliches System
Elektrokalorik	Elektrisches Feld	Keramiken und Kunststoffe	Qurie (Fraunhofer IPM)	Labornachweis bis 100 Watt, Pilotprodukte 2028 angekündigt
Barokalorik	Druck	Plastische Kristalle	Barocal (Cambridge, UK)	Frühe Forschung

Gemeinsam werden diese vier Effekte als kalorische Kühlung bezeichnet. Physikalisch sind sie seit Jahrzehnten bekannt, in einsatzfähigen Geräten kommen sie erst jetzt an: Erst Materialien wie die La-Fe-Si-Legierung aus Darmstadt oder die Formgedächtnislegierungen aus Saarbrücken machten den Sprung vom Laborphänomen zum Demonstrator möglich.

Wo setzt die Technologie zuerst an, und wo liegen ihre Grenzen?

Alle Beteiligten zielen zunächst auf Nischen, nicht auf den Massenmarkt. MagnoTherm bringt magnetokalorische Kühlmöbel in den Lebensmittelhandel, die nach eigenen Angaben 15 bis 20 Prozent weniger Energie verbrauchen als die besten konventionellen Konkurrenzprodukte. Bartholomé formuliert das Prinzip für die ganze Technologiefamilie: Jeder der neuen Effekte werde sich seine eigene Nische suchen.

Bis Festkörperkühlung in der eigenen Klimaanlage oder im heimischen Kühlschrank ankommt, ist es weit. Ein einzelnes kalorisches Material erreicht typischerweise nur 3 bis 4 Grad Kühlung pro Zyklus, maximal etwa 6 Grad, für eine praxistaugliche Temperaturspreizung braucht es mehrstufige Kaskaden. Dazu kommt die Materialermüdung: Ein alltagstaugliches Gerät muss Millionen Lastwechsel überstehen, um mit der Lebensdauer eines Kompressors mitzuhalten, am Karlsruher Institut für Technologie wird genau daran geforscht.

Die Leistungsklasse ist die dritte Hürde. Für eine Hauswärmepumpe braucht es rund zehn Kilowatt. Marek Miara, Wärmepumpenforscher am Fraunhofer ISE und Geschäftsführer von Heat Pumps Watch, rechnet vor, dass sich die Leistung heutiger Systeme dafür verhundertfachen müsste, erste Prototypen erwartet er optimistisch geschätzt frühestens in fünf bis zehn Jahren.

Miaras zweiter Einwand wiegt schwerer. Je länger die Entwicklung dauere, desto kleiner würden die theoretischen Vorteile: Viele Hersteller stellen bereits auf Propan in sehr kleinen Füllmengen um, wo die Entflammbarkeit keine Gefahr mehr darstellt, und Kompressor-Wärmepumpen entwickeln sich bei Lautstärke und Leistungsfähigkeit selbst rasant weiter. Zugleich sieht Miara Chancen für die neue Technologie und hält es für die richtige Strategie, sich zunächst auf Kühlung statt auf Wärmepumpen zu konzentrieren.

Andere Wege am Kompressor vorbei gibt es längst. Ein Eisspeicher verschiebt Kälte zeitlich, statt sie im Moment des Bedarfs zu erzeugen, und kühlende Beschichtungen wie Ultraweiß strahlen Wärme ab, ohne überhaupt einen Kreislauf zu brauchen. Die vier kalorischen Effekte greifen tiefer an: Sie ersetzen den Kältemittelkreislauf im Gerät selbst.

Warum das jetzt zählt

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur ist die weltweite Stromnachfrage für Raumkühlung seit 2015 um rund 50 Prozent gestiegen, auf etwa 2.900 Terawattstunden, mehr als der gesamte Stromverbrauch der EU. Kühlung macht rund 10 Prozent des jährlichen weltweiten Stromverbrauchs aus, aber fast 30 Prozent der Spitzenlast. Spitzenlast heißt: Genau in den heißesten Stunden des Jahres, wenn Netze ohnehin am stärksten belastet sind, ziehen Klimaanlagen und Kühlmöbel am meisten Strom.

In den heißesten Regionen der Welt leben laut IEA bislang nur rund 8 Prozent der Menschen in klimatisierten Wohnungen, in den USA und Japan sind es etwa 90 Prozent. Diese Lücke wird sich mit steigendem Wohlstand und mehr Hitzetagen schließen, nicht umgekehrt. Wie stark diese Nachfrage das Netz belastet und wie sich das mit eigener Photovoltaik abfedern lässt, hat CT bereits an anderer Stelle eingeordnet.

Dazu kommt der wachsende Kühlbedarf von Rechenzentren, die für Künstliche Intelligenz immer mehr Serverleistung bereitstellen. Ob Festkörperkühlung diesen Bedarf in nennenswertem Umfang decken wird, ist offen. Dass am 190 Jahre alten Kühlprinzip erstmals ernsthaft gerüttelt wird, steht fest.

Häufige Fragen zu Festkörperkühlung

Was ist Festkörperkühlung?

Festkörperkühlung nutzt einen Phasenübergang in einem festen Werkstoff statt in einem strömenden Kältemittel. Das Material wechselt unter Magnetfeld, mechanischer Kraft, elektrischem Feld oder Druck seinen inneren Zustand und nimmt dabei Wärme auf. Ein Kältemittelkreislauf entfällt.

Welche vier kalorischen Effekte treiben Festkörperkühlung an?

Magnetokalorik nutzt ein Magnetfeld, Elastokalorik mechanische Kraft, Elektrokalorik ein elektrisches Feld und Barokalorik Druck. Alle vier erzeugen Kälte über einen Phasenübergang im Festkörper, unterscheiden sich aber im auslösenden Mechanismus und im Entwicklungsstand.

Wann kommt Festkörperkühlung in Klimaanlage oder Kühlschrank an?

Für Nischenanwendungen wie Supermarktkühlmöbel oder Schaltschränke laufen bereits erste Pilotprojekte. Für Hausklimaanlagen oder Wärmepumpen rechnen Forscher mit Prototypen frühestens in fünf bis zehn Jahren, weil die Leistungsklasse dafür deutlich höher sein muss.

Warum will die EU weg von klassischen Kältemitteln?

Fluorkohlenwasserstoffe tragen stark zur Erderwärmung bei, wenn sie aus Kühlgeräten entweichen. Die Verordnung (EU) 2024/573 schreibt seit März 2024 einen Ausstiegspfad bis zum vollständigen Verbot im Jahr 2050 vor.

Wie viel Strom verbraucht Kühlung weltweit?

Nach IEA-Daten liegt die weltweite Stromnachfrage für Raumkühlung bei rund 2.900 Terawattstunden und ist seit 2015 um etwa 50 Prozent gestiegen. Kühlung verursacht rund 10 Prozent des globalen Stromverbrauchs, aber fast 30 Prozent der Spitzenlast.

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