Leichtgewichte mit maximaler Oberfläche
Metallschwämme werden vielerorts eingesetzt, unter anderem zum Kühlen und Filtrieren. Die neuartigen Metallschwämme des Startups Apheros überzeugen mit bisher unerreichten Eigenschaften.
Dr. Julia Carpenter von der Complex Materials Group der ETH Zürich ist Miterfinderin und treibende Kraft des jungen Unternehmens. Ihre Metallschwämme weisen eine einzigartige Mikrostruktur auf. Im Vergleich zu bestehenden Produkten bestechen sie durch ihr sehr geringes Gewicht, eine sehr grosse Oberfläche und die Fähigkeit, Flüssigkeiten aufsaugen zu können. Diese Eigenschaften werden dank einer neu entwickelten Produktionsmethode erreicht, was den Einsatz dieser Metallschwämme in verschiedenen Anwendungen ermöglicht.
Kühlung von Elektronikgeräten
Bis 2030 werden elektronische Geräte 23% der globalen Energie verbrauchen. Fast die Hälfte davon, 10% der globalen Energie, wird für die Kühlung dieser Geräte verwendet werden. Dafür werden heute sogenannte «heat sinks» verwendet, welche meist durch energieaufwändige Ventilatoren und Klimaanlagen unterstützt werden. Für high-end Anwendungen werden auch Flüssigkühlsysteme mit Wärmetauschern genutzt. Metallschwämme ermöglichen eine effiziente Kühlung ohne Energieaufwand. Sie sind optimale passive Wärmetauscher und kommen ohne Ventilatoren und Klimaanlagen klar.
Einfache Herstellung
Julia Carpenter verwendet für ihre Metallschwämme hauptsächlich Stahl-, Nickel- und Kupferpartikel, welche durch ein spezielles Schäumungs- und Sinterverfahren umgeformt werden. Apheros’ Metallschwämme haben im Vergleich zu bestehenden Produkten durch eine um 100- bis 1000-fach grössere Oberfläche.
«Unsere Metallschwämme weisen eine um 100- bis 1000-fach grössere Oberfläche auf als bestehende Produkte.»Julia Carpenter
Die offen-poröse Struktur und die grosse Oberfläche ermöglichen eine effektive passive Kühlung, denn auf der Oberfläche wird Hitze ausgetauscht und an die Luft abgegeben. Je grösser die Oberfläche, desto mehr Wärme wird abgegeben.
Die Metallschwämme sind ultraporös, was einen weiteren Vorteil mitbringt: Sie sind sehr leicht - nicht mal halb so schwer wie Aluminium - und schwimmen auf Wasser, wenn sie mit einer wasserabweisenden Beschichtung versehen werden. Im Grundzustand saugen die Schwämme Flüssigkeiten auf – auch Flüssigkeiten mit hoher Viskosität wie Glycerol. Natürlich bleiben die grundlegenden Eigenschaften von Metall wie thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie mechanische Stabilität erhalten. Diese Schwämme eignen sich für Applikationen, bei denen keine Ventilatoren verwendet werden sollen oder die mit Flüssigkeit gekühlt werden (Wärmetauscher).
«Die Metallschwämme sind ultraporös und deshalb sehr leicht – sie schwimmen auf Wasser. »Julia Carpenter
Anwendung in Filtration, Katalyse und Elektroden für Batterien
Die Metallschwämme von Apheros eignen sich nicht nur für Anwendungen im Bereich Kühlung, sondern auch für die Filtration und Katalyse. Bei der Filtration von beispielsweise Öl, kann dank der Metallschwämme das aufgesogene Öl leicht herausgebrannt werden, wodurch der Filter wieder einsetzbar ist.
In der Katalyse agiert der Metallschwamm sowohl als direkter Katalysator als auch als Katalysatorsubstrat. So könnten die Schwämme beispielsweise im Haber-Bosch Prozess für die Ammoniakherstellung eingesetzt werden, oder für Elektrolyse zur Wasserstoffherstellung. Die Vorteile der Schwämme in der Katalyse liegen in ihrer Festigkeit – sie sind gegenüber der momentan eingesetzten granularen Variante wesentlich einfacher zu handhaben und reinigen.
Eine weitere Anwendung mit Potential sieht Julia Carpenter im Bereich Elektroden für Batterien. Hier arbeitet sie mit Forschenden der ETH und der Empa an Projekten, um die Technologie weiterzuentwickeln. Gleichzeitig ist ihr Team daran, Prototypen für die Flüssigkühlung herzustellen.
«Unsere Technologie ist reif.»Julia Carpenter
Partnerschaften gewünscht
Begonnen hat alles mit der Doktorarbeit von Julia Carpenter, für die sie die neuartigen Metallschwämme entwickelt hat. Weil das Produkt fast schon marktreif war, entschloss sie sich, ihre Erfindung zu kommerzialisieren. «Die Technologie ist reif, das Material passt oder kann je nach Verwendung leicht angepasst werden», sagt Julia. Die Metallschwämme sind zum Patent angemeldet. Julia sucht nun Partner, die klare Vorstellungen für eine «Proof of Concept» Phase haben. Ob dies im Bereich Kühlung, Filtration, Katalyse oder Elektroden ist, spielt keine grosse Rolle – sie ist offen für alles.
Kontakt/Links:
Complex Materials Group | ETH Zurich
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