Wie halten wir unsere Häuser und andere Gebäude bei weltweit steigenden Temperaturen kühl? Die Reichen unter uns sprengen unsere Klimaanlage, die zwar effektiv ist, aber dank des höheren Energieverbrauchs die Umwelt nur weiter belastet. Die weniger Glücklichen leiden einfach oder sterben sogar in Hitzewellen.
Forscher der Columbia University haben eine neuartige Lösung zur Gebäudekühlung entwickelt, die zur Verringerung der Belastung durch den Klimawandel beitragen könnte. Es ist eine weiße Farbe - technisch eine Polymerbeschichtung -, die mit unendlich kleinen Löchern die Luft abkühlt.
Die Beschichtung ist ein Beispiel für passive Tageskühlung (PDRC), bei der eine Oberfläche durch Reflektion des Sonnenlichts abgekühlt und an die Atmosphäre zurückgewärmt wird. Weiße Farben, die Licht reflektieren, werden seit langem für PDRC verwendet. In der Regel enthalten sie jedoch lichtabsorbierende Pigmente und reflektieren längere Sonnenwellenlängen nur unvollkommen.
Im Gegensatz dazu weist die vom Columbia-Team entwickelte Beschichtung eine schaumartige Oberfläche mit nanoskaligen Löchern auf. Um es herzustellen, haben die Forscher das Pigment im Grunde genommen aus weißer Farbe genommen und es durch diese winzigen Löcher ersetzt. Dadurch wird das normalerweise transparente Polymer weiß. Die Löcher streuen und reflektieren alle Wellenlängen des Sonnenlichts, wodurch die Beschichtung bei PDRC weitaus besser ist als bei herkömmlicher Farbe.
„[Traditionelle weiße Farben] reflektieren in der Regel nur 85 Prozent des gesamten Sonnenlichts, absorbieren aber den Rest und erhitzen sich“, sagt Nanfang Yu, Professor für angewandte Physik, der an der heute in der Zeitschrift Science veröffentlichten Forschung mitgearbeitet hat. "Im Gegensatz dazu reflektiert die von uns entwickelte Beschichtung 96 bis 99 Prozent des gesamten Sonnenlichts - ultraviolett, sichtbar und infrarot -, was bemerkenswert hoch ist und auch bei starkem Sonnenlicht unterhalb der Umgebungstemperatur bleiben kann."
Andere Wissenschaftler haben ähnliche Sonnenreflexionsmethoden angewendet, um eine Kühlung zu erreichen, sagt Mark Swihart, Professor für chemische und biologische Verfahrenstechnik an der Universität in Buffalo, der nicht an der Forschung beteiligt war.
„Neu ist hier jedoch die relativ einfache und clevere Möglichkeit, das Ergebnis zu erzielen“, sagt er. „Wie ich am besten beurteilen kann, hat bisher noch niemand vorgeschlagen, solche porösen Polymere für diese passive Kühlanwendung zu verwenden. Die Neuheit der Arbeit liegt in der Auswahl dieser sehr einfachen Methode zur Bildung von Filmen, die den passiven Kühleffekt erzielen. “
Aufgrund der Einfachheit des Verfahrens könne es relativ einfach und kostengünstig hergestellt und großtechnisch aufgebracht werden - die Beschichtung könne beispielsweise in großen Rollen hergestellt und wie eine Tapete aufgebracht werden.
"Ich denke, es könnte ein erhebliches praktisches Potenzial haben", sagt er.
Die Beschichtung funktioniert am besten in sonnigen Klimazonen - die Studie ergab, dass die Hitze in der Wüste von Arizona um 6 Grad Celsius reduziert wurde. Aber es funktioniert auch gut in nebligen, tropischeren Umgebungen - es reduziert die Hitze in Bangladesch um 3 Grad Celsius. Dies bedeutet, dass es in den unterschiedlichsten Umgebungen weltweit eingesetzt werden kann.
Die Beschichtung ist einfach aufzutragen und funktioniert im Wesentlichen wie eine Standardfarbe. Es kann auf fast allen Oberflächen eingesetzt werden, von Dächern über Wassertanks bis hin zu Fahrzeugen. Das Team experimentierte auch damit, die Beschichtung in verschiedenen Farben herzustellen, in der Hoffnung, das Produkt einem breiteren Publikum zugänglich zu machen. Das Hinzufügen von Farbe verringert den Grad der Abkühlung, aber die Leistung ist immer noch besser als bei gefärbten kommerziellen Farben.
"Dies ist wichtig im Hinblick auf den menschlichen Geschmack", sagt Jyotirmoy Mandal, Doktorand und Hauptautor der Studie. „Nicht jeder möchte ein weißes Dach für sein Haus, und Lackfirmen versuchen seit Jahrzehnten, ‚ coole Farben 'zu entwickeln. “
Die Forscher konzentrieren sich nun darauf, auf Wasser oder Alkohol basierende Systeme zu verwenden, um Beschichtungen mit ähnlichen Kühlleistungen herzustellen, wodurch das Produkt umweltfreundlicher und einfacher aufzutragen sein könnte. Sie suchen auch nach neuen Möglichkeiten, ausrangierte Polymere zu recyceln.
Das Team hofft, dass die Beschichtung irgendwann an Orten eingesetzt werden kann, von Wüstenregionen über tropische Regionen bis hin zu Orten mit mittlerem Klima - im Wesentlichen überall dort, wo Hitze eher ein Problem als Kälte darstellt. Es könnte auch in einer Vielzahl von wirtschaftlichen Situationen nützlich sein.
„In ressourcenreichen Umgebungen kann die Beschichtung die Kosten für die Klimatisierung senken“, sagt Yuan Yang, Professor für Materialwissenschaften und Werkstofftechnik, der an der Forschung mitgearbeitet hat. „In ressourcenarmen Umgebungen, in denen eine elektrische Kühlung unerschwinglich oder nicht verfügbar ist - zum Beispiel im ländlichen Südasien oder in Afrika -, kann die Unterkühlung der Umgebung Abhilfe schaffen.“
Die Beschichtung könnte, wenn sie auf genügend Gebäuden gleichzeitig angewendet wird, auch bei der Bewältigung von sogenannten „städtischen Wärmeinseln“ helfen - städtischen Gebieten, die dank dicht beieinander stehender Gebäude und vieler menschlicher Aktivitäten viel heißer werden als ihre Umgebung. Während sich die Welt weiter urbanisiert, stellen diese Wärmeinseln ein zunehmendes Problem dar - Hitzewellen töten eine unverhältnismäßig große Anzahl von Stadtbewohnern.
"Eine solche Anstrengung erfordert jedoch eine breite Zusammenarbeit zwischen Forschern, Stadtplanern und politischen Entscheidungsträgern", sagt Mandal. "Wir hoffen, dass unsere Arbeit das Bewusstsein für das Potenzial der Strahlungskühlung außerhalb wissenschaftlicher Kreise schärfen wird."
