Wenn ich das richtig gesehen habe, dann schaltet dein MOSFET erst bei 10V voll durch. Ein MOSFET mit logic-level schaltet hingegen schon bei 5V bzw. darunter voll durch und eignet sich daher auch für die direkte Ansteuerung über einen Mikrocontroller bzw. dem Arduino.
Teste es mal mit dem erwähnten MOSFET, ansonsten kannst du dich ja noch einmal melden. Es kann sein, dass der Lüfter möglicherweise ein nervendes Induktionsgeräusch durch das ständige ein- und ausschalten macht. Das kann aber behoben werden, wenn die PWM-Frequenz erhöht wird. Steht auch im Forum was hierzu, kann ich dir bei Bedarf aber auch noch einmal erklären.
Ich hatte meinen Aufbau mit dem IRLZ44N auch dokumentiert, anbei den Schaltplan dazu. Keine Gewähr für irgendwelche Fehler 
