Eine neue Waffe gegen den Klimawandel - Wissenschaftler entwickeln "Kühlglas", das die Gebäudewärme ins All schießt.

Ein innovatives "Kühlglas", das von Forschern der University of Maryland entwickelt wurde, bietet eine bahnbrechende, stromfreie Lösung zur Reduzierung von Hitze und Kohlenstoffemissionen in Innenräumen und stellt einen bedeutenden Fortschritt in der nachhaltigen Gebäudetechnologie dar.

Forscher der University of Maryland haben ein innovatives "Kühlglas" entwickelt, das die Innentemperaturen mithilfe der Kälte des Weltraums ohne den Einsatz von Elektrizität senkt. Dieses bahnbrechende Material funktioniert, indem es die Kühle des Weltraums nutzt.

Die neue Technologie, eine mikroporöse Glasbeschichtung, die in einem in der Zeitschrift "Science" veröffentlichten Artikel beschrieben wird, kann die Temperatur des darunter liegenden Materials um 3,5 Grad Celsius zur Mittagszeit senken und hat das Potenzial, die jährlichen Kohlenstoffemissionen eines mittelhohen Apartmentgebäudes um 10% zu reduzieren, so das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Liangbing Hu im Department für Materialwissenschaften und -technik.

Die Beschichtung funktioniert auf zwei Arten: Erstens reflektiert sie bis zu 99% der Sonnenstrahlung, um ein Aufheizen der Gebäude zu verhindern. Noch interessanter ist jedoch, dass sie die Wärme in Form von langwelliger Infrarotstrahlung in das eisige Universum abstrahlt, wo die Temperatur in der Regel bei -270 Grad Celsius oder wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt.

In einem als "strahlende Kühlung" bekannten Phänomen wirkt der Weltraum effektiv als Wärmesenke für die Gebäude. Sie nutzen das neue Kühlglas-Design zusammen mit dem sogenannten atmosphärischen Transparenzfenster - einem Teil des elektromagnetischen Spektrums, das ungehindert durch die Atmosphäre dringt, ohne ihre Temperatur zu erhöhen - um große Mengen an Wärme in den unendlich kalten Himmel abzuleiten. (Dasselbe Phänomen ermöglicht es auch der Erde, sich selbst abzukühlen, insbesondere an klaren Nächten, jedoch mit viel weniger intensiven Emissionen als diejenigen des neuen Glases, das an der UMD entwickelt wurde.)

"Es handelt sich um eine bahnbrechende Technologie, die vereinfacht, wie wir Gebäude kühl und energieeffizient halten", sagte der Assistenzforschungswissenschaftler Xinpeng Zhao, der Erstautor der Studie. "Dies könnte unsere Art zu leben verändern und uns dabei helfen, unser Zuhause und unseren Planeten besser zu schützen."

Im Gegensatz zu früheren Versuchen mit Kühlbeschichtungen ist das neue Kühlglas der UMD umweltstabil und kann Wasser, ultraviolette Strahlung, Schmutz und sogar Flammen standhalten und Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius aushalten. Das Glas kann auf verschiedenen Oberflächen wie Fliesen, Ziegeln und Metall aufgetragen werden, wodurch die Technologie hochskalierbar und für den weitreichenden Einsatz geeignet ist.

Das Team verwendete fein gemahlene Glaspartikel als Bindemittel, um den Einsatz von Polymeren zu vermeiden und die Langzeitbeständigkeit im Freien zu verbessern, so Zhao. Sie wählten die Partikelgröße so aus, dass die Abgabe von Infrarotwärme maximiert und gleichzeitig Sonnenlicht reflektiert wird.

Die Entwicklung des Kühlglases steht im Einklang mit den globalen Bemühungen zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur Bekämpfung des Klimawandels, so Hu, der auf kürzlich erschienene Berichte hinweist, dass der diesjährige 4. Juli möglicherweise der heißeste Tag weltweit in den letzten 125.000 Jahren war.

"Dieses 'Kühlglas' ist mehr als ein neues Material - es ist ein wichtiger Bestandteil der Lösung für den Klimawandel", sagte er. "Durch die Reduzierung des Einsatzes von Klimaanlagen gehen wir große Schritte in Richtung Energieeinsparung und Verringerung unseres CO2-Fußabdrucks. Es zeigt, wie neue Technologien uns dabei helfen können, eine kühlere und grünere Welt aufzubauen."

Zusammen mit Hu und Zhao sind Professorin Jelena Srebric von der Fachrichtung Maschinenbau und Professor Zongfu Yu vom Fachbereich Elektrotechnik und Informatik an der University of Wisconsin-Madison Mitautoren dieser Studie und trugen ihr Fachwissen zu CO2-Einsparungen und Strukturgestaltung bei.

Das Team konzentriert sich nun auf weitere Tests und praktische Anwendungen ihres Kühlglases. Sie sind optimistisch hinsichtlich der Vermarktungsaussichten und haben das Startup-Unternehmen CeraCool gegründet, um das Produkt in großem Maßstab zu vermarkten und zu kommerzialisieren.

Referenz: "A solution-processed radiative cooling glass" von Xinpeng Zhao, Tangyuan Li, Hua Xie, He Liu, Lingzhe Wang, Yurui Qu, Stephanie C. Li, Shufeng Liu, Alexandra H. Brozena, Zongfu Yu, Jelena Srebric und Liangbing Hu, 9. November 2023, Science. DOI: 10.1126/science.adi2224