Forscher des spanischen CSIC haben eine Polymer-Nanostruktur entwickelt, die Wärme durch Sonnenstrahlung ins All ableitet, wodurch der Einsatz von Klimaanlagen in Gebäuden, Fahrzeugen und elektronischen Geräten möglicherweise reduziert wird.
Ein Forscherteam am Institut für Mikro- und Nanotechnologie (IMN-CNM, CSIC) hat ein Nanomaterial entwickelt, das sonnenbeschienene Oberflächen ohne Stromverbrauch kühlen kann, eine Alternative, die die wachsende Energierechnung für Kühlung erleichtern könnte, die bereits fast 20 % des weltweiten Elektrizitätsverbrauchs ausmacht.
Die Forschung, geleitet von der Arbeitsgruppe Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) und in der Zeitschrift Nanophotonics veröffentlicht, basiert auf der tagsüber stattfindenden passiven Strahlungskühlung, einer Technik, die eine Besonderheit der Erdluftschicht ausnutzt: Es gibt ein Band im Infrarotspektrum zwischen 8 und 13 Mikrometern, durch das Wärme direkt ins All entweicht, ohne eingefangen zu werden.
Ein Material, das in diesem Fenster gut emittiert und zugleich die Sonnenstrahlung reflektiert, kann kälter als die umgebende Luft werden, ganz ohne Stecker oder Kompressor.
Ein Polymer mit genau den richtigen Eigenschaften
Die Wissenschaftler setzten auf Polyvinylidenfluorid (PVDF), ein Polymer, das bereits für seine Fähigkeit bekannt ist, Wärme im Infrarotbereich abzugeben.
Cristina Vicente, Forscherin am IMN-CNM und Leiterin des COOLed-Projekts, erklärt, dass dieses Material „eine Kombination von Eigenschaften in sich vereint“, die es ideal machen: Neben der effizienten Abgabe von Wärme widersteht es ultravioletter Strahlung und stößt Wasser ab, was eine selbstreinigende Wirkung verleiht, und es hält den Elementen gut stand.
Der Schlüssel zum Durchbruch liegt weniger im Material selbst als in der Formgebung. Das Team infiltrierte das Polymer in nanoporöse Vorlagen aus anodisiertem Aluminiumoxid, wodurch dreidimensionale Strukturen entstanden, deren innere Geometrie sie mit großer Präzision kontrollieren kann – etwas, das entscheidend ist, weil die optische Leistung dieser Kühler von ihrem Design im Nanometerraster abhängt.
Die Zahlen untermauern das Versprechen: Die optimierte Version des Materials, nach dem Eindringen des Polymers einer ultrakurzen Abkühlung unterzogen, reflektiert durchschnittlich 82,4 % der Sonnenstrahlung und emittiert 96,7 % der Wärme im Infrarotfenster von 8 bis 13 Mikrometern, dem Band, durch das diese Wärme ins All entweicht.
Theoretisch entspricht diese Kombination einer Kühlkapazität von 182,3 Watt pro Quadratmeter bei einer solaren Strahlung von 1.000 W/m². Der Dachtest in Tres Cantos, bei einer Spitzenstrahlung von 962 W/m², bestätigte diese Zahl in der Praxis.
Fast 13 Grad kühler auf dem Dach
Die Theorie wurde letzten Sommer überprüft, mit Outdoor-Tests auf dem Dach des Zentrums in Tres Cantos, Madrid.
Nachdem das Material einer Ultraviolet-Licht-Behandlung unterzogen worden war, die es aufhellt und seine solar Reflektanz verbessert, kamen die Ergebnisse: An den heißesten, trockensten und sonnigsten Tagen blieb die behandelte Oberfläche bis zu 12,9 °C kühler als eine Probe ohne Beschichtung.
Die Forscher betonen selbst, dass die Technologie noch in der Entwicklung ist, aber hervorheben, dass der Herstellungsprozess relativ kostengünstig und mit bestehenden industriellen Prozessen vereinbar ist.
Dies eröffnet Anwendungen von Fassaden und Dächern von Gebäuden über elektronische Geräte, Fahrzeuge bis hin zu persönlichen Klimasystemen, alles mit demselben Ziel: die Abhängigkeit von Klimaanlagen und die damit verbundenen Emissionen zu verringern.
