Energiesparende Kühlung dank Ionenwind

Rechenzentren verschlingen schon heute Unmengen an Energie für die Kühlung von Mikroprozessoren. Und der Siegeszug der künstlichen Intelligenz wird den Verbrauch noch vervielfachen. Die Kühlung durch Ionenwinde könnte den Energieverbrauch drastisch senken. Dabei werden elektrostatische Felder genutzt, um elektrischen Strom direkt und energieeffizient in einen Luftstrom umzuwandeln. Bisher verhinderte die geringe Geschwindigkeit des erzeugten Luftstroms eine breite Anwendung. Dem Empa-Spin-off «Ionic Wind Technologies» ist nun ein Durchbruch gelungen: Ihr Luftstromverstärker beschleunigt den Ionenwind viel stärker als bisher. Damit könnten bis zu 60 Prozent der Kühlenergie eingespart werden.

«Wir beschleunigen Luft unmittelbar, indem wir sie elektrisch aufladen. Da der elektrische Strom so direkt in einen Luftstrom umgewandelt wird, fallen die energiefressenden und lauten Zwischenschritte über einen Motor, Rotor oder Lüfterflügel weg», erläutert Spin-off-Gründer Donato Rubinetti das Grundprinzip des Ionenwinds. Dieses wurde bereits erfolgreich in einem Trocknungsverfahren für Früchte eingesetzt. Inzwischen hat die Empa die Technologie weiterentwickelt, sodass der Luftstrom mehr als verdreifacht werden konnte.

Kernstück des patentierten Ionenwindverstärkers sind so genannte Nadelelektroden. Sie erzeugen den Ionenwind wesentlich effizienter als die bisher verwendeten Drähte. Doch damit nicht genug: Die Nadelspitzen sind in ein Gehäuse eingebaut, das den Coandă-Effekt ausnutzt. Dieses strömungstechnische Prinzip kommt auch bei Flugzeugtragflächen oder Dyson-Ventilatoren zum Einsatz - es nutzt lokale Druckunterschiede, um das Volumen von Luftströmen zu vervielfachen. «Diese beiden Neuerungen sind in Kombination ein Riesen-Fortschritt und verschmelzen zum sogenannten Ionic Wind Amplifier, der mit deutlich besserer Leistung völlig neue Anwendungsfelder erschliesst», so Rubinetti.

Bisher wurden nur unveränderte Standardprodukte wie Baunägel als Nadelelektroden für Ionenwind verwendet. «Unsere massgefertigten Nadelspitzen erreichen bis zu doppelt so hohe Geschwindigkeiten des Luftstroms im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden – und das sogar mit weniger Energie», sagt Donato Rubinetti. «Eine Spitze ist nicht unendlich spitz, sondern verfügt am Ende doch noch über eine Rundung. Diese spielt eine extrem wichtige Rolle für die Leistung der Nadelelektroden.»

Die entwickelte Technologie eignet sich laut Donato Rubinetti für Industrien, die auf Kühlsysteme, Trocknungsvorgänge und Luftreinigung angewiesen sind. «Ich sehe das Potenzial überall dort, wo Luft mit geringem Druckunterschied bewegt werden soll. Künftig aber vor allem bei der Kühlung von Computern, Servern oder Datenzentren.» Der patentierte «Ionic Wind Amplifier» muss sich im Vergleich zu herkömmlichen Geräten nicht verstecken – im Gegenteil: Luftströme lassen sich damit um bis zu 60 Prozent effizienter bewegen. Und je nach Anwendung kann noch deutlich mehr Energie eingespart werden: Gerade bei der Trocknung von Lebensmitteln gibt es auf Prozessebene einen zusätzlichen Effizienzgewinn, da die Heizelemente wegfallen.