Ultraweisse Keramik soll bei der Kühlung von Gebäuden helfen
Forscher aus Hongkong haben ein neues, ultraweisses Keramikmaterial entwickelt, das Gebäude drastisch kühlen soll. Dies, in dem es Sonnenlicht und Wärme in hohem Masse reflektiert. Die Inspiration dafür lieferte der Cyphochilus-Käfer.
Quelle: City University of Hong Kong
In einem Experiment hat das Team die kühlende Keramik an einem Hausdach getestet. Dabei konnte laut den Forschern mehr als 20 Prozent des Strombedarfs für die Raumkühlung eingespart werden.
Schon länger erforschen Wissenschaftler die Möglichkeiten zur Verstärkung der sogenannten «Passiven Strahlungskühlung». Dabei handelt es sich um den natürlichen Prozess, durch den Objekte Wärme in Form von Infrarotstrahlung abgeben. Eine hohe Reflektionsfähigkeit, beziehungsweise das Absorbieren von wenig Licht, schützt ein Material davor, sich stark zu erwärmen.
Hellere Farben absorbieren bekanntlich weniger Licht als dunklere und bleiben daher kühler. In den letzten Jahren wurden entsprechend bereits verschiedene ultraweisse Beschichtungen, Farben oder Materialien entwickelt, die einen Grossteil des einfallenden Sonnenlichts reflektieren und damit einen Beitrag zur Kühlung von Gebäuden leisten können.
Kühlendes Holz und «Weissestes Weiss»
Ein Beispiel dafür ist «Cooling Wood»: Ein Baumaterial auf Basis von Holz, dass von Forschern der University of Maryland entwickelt wurde. Dem Holz wurde Lignin entzogen, das dafür sorgt, dass es sich in der Sonne erwärmt. Zudem wurde die Zellulose im Holz erhitzt, verdichtet und blass gefärbt, so dass ein weisses Material entstand, das einen Grossteil des Lichteinfalls absorbiert und Oberflächen abkühlt.
Eine weitere Entwicklung ist das «Weisseste Weiss» von US-Forschern der Purdue University in Indiana. Der Anstrich soll 98 Prozent der Lichtstrahlung, die auf seine Oberfläche einfällt, wieder abgeben. Werden Dächer oder Fassaden damit gestrichen, bleiben die Oberflächen entsprechend kühler als die Umgebungsluft und senken den Klimatisierungsbedarf in Innenräumen.
Quelle: City University of Hong Kong
Die kühlende Keramik mit hohem Solarreflexionsvermögen ahmt das biologische Weiss des Cyphochilus-Käfers nach.
Kühlende Keramik nach Käfer-Vorbild
Nun reiht sich in die «Passive Strahlungskühlung» ein neues Material ein: kühlende Keramik. Entwickelt von Forschern der City University of Hong Kong (CityU), weist dieses nicht nur eine sehr weisse Farbe auf, sondern auch ein hohes Reflexionsvermögen. Die Inspiration dafür lieferte die biologische Farbe und Struktur des Panzers von Cyphochilus-Käfern. Genau wie das natürliche Vorbild, weist das neuartige Keramikmaterial eine spezielle Nanostruktur auf, die beinahe das gesamte Spektrum des Sonnenlichts effizient streuen kann.
Daraus ergibt sich nach Angaben der Universität ein rekordverdächtiger Reflexionsgrad von 99,6 Prozent und eine Infrarot-Wärmeemission von 96,5 Prozent. Möglich wird das durch Aluminiumoxid, welches die Sonnenabsorption verringert und das neue Kühlmaterial laut den Forschern auch wetterbeständiger machen soll. Darüber hinaus soll es damit auch der Zersetzung durch UV-Licht widerstehen, was bei anderen Kühlmaterialien und -beschichtungen auf Polymerbasis oft ein Problem darstellt.
Keine teuren Materialien erforderlich
Durch das Aluminiumoxid erhöht sich laut den Forschern auch die Wasserverdunstungsrate der Oberfläche und das Keramikmaterial wird feuerbeständig – es kann Temperaturen von über 1000 Grad standhalten. In einem Experiment hat das Team die Entwicklung an einem Hausdach getestet. Dabei konnte laut Mitteilung mehr als 20 Prozent des Strombedarfs für die Raumkühlung des Gebäudes eingespart werden. Die Ergebnisse zur neuen Kühlkeramik wurden kürzlich in der Fachzeitschrift «Science» veröffentlicht.
Darin weisen die Erfinder auch daraufhin, dass das Material leicht in Massenproduktion hergestellt werden könnte. Dies, weil dafür gängige Materialien wie Aluminiumoxid verwendet und es sich in einem einfachen zweistufigen Prozess aus Phasenumkehr und Sintern herstellen lässt. Somit seien keine empfindlichen Geräte oder teuren Materialien erforderlich. Weiter lässt sich die Kühlkeramik in anderen Farben und Mustern herstellen. (mgt/pb)
Zur Mitteilung der Universität: www.cityu.edu.hk
Zur Studie im Fachmagazin «Science»: www.science.org/doi/10.1126/science.adi4725
Quelle: City University of Hong Kong
Kühlkeramik mit flachen und gebogenen Formen. Auf der Oberfläche können auch Muster angebracht werden.
Quelle: City University of Hong Kong
Das Material lässt sich auch in anderen Farben und Mustern herstellen.
