Ekkes Brück is programmaleider van een onderzoeksgroep aan de TU Delft, die wordt gefinancierd door de Stichting FOM en het Duitse chemieconcern BASF. De betrokken partijen werken samen in een Industrial Partnership Programme, waarin FOM fundamenteel onderzoek koppelt aan industriële toepassingen. "Wat ik doe is zuiver wetenschappelijk onderzoek, BASF werkt die bevindingen verder uit voor concrete toepassingen", zegt de Delftse hoogleraar.

Lager energieverbruik
Magnetische koeling geldt als een van de grote doorbraken om ons energieverbruik te verminderen. Brück: "Dit type koeling is tot 35 procent energie-efficiënter. Het werkt zonder broeikasgassen of brandbare gassen, en is veel stiller. Dat maakt het bijvoorbeeld geschikt voor gebruik in hotelkamers en aan boord van schepen."

Brück ontwikkelde een legering van mangaan, ijzer, fosfor en silicium, waarmee magnetische koeling een enorme stap vooruit zette. De legering bleek bij kamertemperatuur dezelfde of zelfs betere resultaten op te leveren dan de gangbare zeldzame aardmetalen. “Het volume van het apparaat maakt niet uit”, zegt Brück. “Maar de meeste energiewinst zit in kleinschalige toepassingen zoals koelkast of airco.” De legering kreeg een patent onder de naam Quice (pdf), ofwel quiet ice.

Koeling
Magnetisch koelen draait om het principe van wanorde en orde in de magnetische momenten van de atomen in de legering. Een extern magnetisch veld heft de wanorde op, en zet de magnetische momenten als het ware één kant op. In deze ordelijke staat hebben ze minder energie nodig en geven die af in de vorm van warmte: het materiaal warmt op. In een koelkast wordt die warmte afgevoerd door een vloeistof op kamertemperatuur langs het materiaal te laten stromen. Als het magnetisch veld wordt uitgezet, keren de magnetische momenten terug in hun oorspronkelijke, wanordelijke staat. De energie die ze daarvoor nodig hebben, onttrekken ze aan hun omgeving: het materiaal koelt af. 

Tot twintig jaar geleden was magnetisch koelen alleen mogelijk met dure zeldzame aardmetalen en alleen bij hele lage temperaturen rond -270 ᵒC. Dat maakte het systeem geschikt voor laboratoria en de ruimtevaart, maar niet voor industriële toepassingen. De materialen die Ekkes Brück onderzoekt, zijn goedkoop en in grote hoeveelheden op de aarde aanwezig. Deze materialen zijn geschikt tussen -80 ᵒC tot 120 ᵒC.

Groen alternatief
Ondanks de goedkope startmaterialen, zijn de apparaten nog erg duur. In de hal van de TU Delft staat het prototype van een koelkast, gevuld met champagne. "Een mooie combinatie", zegt Brück. "Dit prototype is nog veel te duur voor de consument, dus er mag een chique drank in." Toch verwacht hij dat de prijs als gevolg van massaproductie de komende jaren zal dalen. "Uiteraard hangt de introductie van magnetische koeling af van de fabrikanten. Maar als je de vinding in de markt zet als een groen alternatief voor de huidige koelkasten, kan het snel gaan.”

Daarom vindt Ekkes Brück het belangrijk om met zijn wetenschappelijke kennis naar buiten te treden. "Technologie kan de wereld verbeteren. Door fundamenteel onderzoek naar het bedrijfsleven te brengen, kunnen we grote stappen zetten. Eigenlijk zou dat een verplichting moeten zijn voor iedere wetenschapper."

---