Bauen: Glasersatz aus Kunststoff wirkt kühlend
Ein neues Material für Gebäude könnte wahre Wunder bewirken: Es ist hochtransparent, sorgt für angenehmes Klima und reinigt sich selbst. Es wurde am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt.
Foto: PantherMedia / samurkas
Man kennt es: Große Fensterfronten an Wohnhäusern und Bürokomplexen sind attraktiv, weil sie einen weiten Blick in die Umgebung erlauben. Aber sobald die Sonne scheint, heizt sich dadurch das Gebäude wie in einem Treibhaus auf. Dann muss energieaufwendig gekühlt werden. In Zeiten des Klimawandels ist das keine Empfehlung.
Nun haben Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ein Material auf Polymerbasis entwickelt, das sogar noch besser lichtdurchlässig ist als Glas, gleichzeitig aber kühlend wirkt und blendfrei ist. Seine Leistungsfähigkeit hat das Material bereits auf dem Campus des KIT erfolgreich bewiesen. Im Fachblatt Nature Communications stellen die Forschenden das vielseitige Material mit den besonderen Eigenschaften vor.
Neuartiges Kunststoffglas vereint mehrere Funktionen
Das neue Material, das die Forschenden am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) und am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT entwickelt haben, ist ein sogenanntes Polymer-based Micro-Photonic Multi-Functional Metamaterial (PMMM). Der Clou: Es besteht aus mikroskopisch kleinen Pyramiden aus Silikon, die gerade einmal 10 µm groß sind, was etwa einem Zehntel des Durchmessers eines Haars entspricht.
Diese Pyramiden sorgen dann sowohl für die Lichtstreuung als auch für die Selbstreinigung und die Kühlung. „Ein wesentliches Merkmal ist die Fähigkeit, effizient Wärme durch das langwellige Infrarot-Übertragungsfenster der Erdatmosphäre abzustrahlen und so Wärme in die kalte Weite des Universums abzugeben. Das ermöglicht eine passive Strahlungskühlung ohne Stromverbrauch“, erklärt Bryce S. Richards, Professor am IMT und LTI in Karlsruhe.
Kühlung um 6 °C, Transparenz liegt bei 95 %
Getestet hat das Forschungsteam den neuen Werkstoff nicht nur im Labor, sondern bereits auch unter freiem Himmel. Gemessen wurden dabei mithilfe von Spektrofotometrie die Lichtdurchlässigkeit, die Lichtstreuung, Reflexionseigenschaften, Selbstreinigungsfähigkeit und Kühlleistung. Bemerkenswert ist nicht nur der Kühleffekt, der eine Absenkung gegenüber der Umgebungstemperatur um 6 °C bewirkt. Auch die Lichtdurchlässigkeit ist spektakulär. Sie liegt bei 95 %. Herkömmliches Glas hingegen kommt nur auf 91 %. Zudem wird mit 73 % eine hervorragende Lichtstreuung erreicht. Auch dieser Effekt, der eine Blendung durch das Material reduziert, geht auf die Struktur aus Mikrowaben zurück.
„Wenn das Material in Dächern und Wänden verwendet wird, ermöglicht es so helle und gleichzeitig blendfreie sowie sichtgeschützte Innenräume für Arbeiten und Wohnen. In Gewächshäusern könnte die hohe Lichtdurchlässigkeit die Erträge steigern, weil die Effizienz der Fotosynthese schätzungsweise 9 % höher ist als in Gewächshäusern mit Glasdächern“, sagt Gan Huang, Gruppenleiter am IMT.
Und noch einen Zusatzeffekt zeigt das Material: Ähnlich dem Lotuseffekt sorgen die Mikropyramiden für superhydrophobe Eigenschaften. Dann perlt das Regenwasser in Tropfenform ab und zieht dabei Schmutz und Staub von der Oberfläche herunter. Diese Selbstreinigungsfunktion macht das Material pflegeleicht und langlebig.
Potenzial für Bau und Stadtentwicklung
„Unser neu entwickeltes Material hat das Potenzial, in verschiedenen Bereichen eingesetzt zu werden und leistet einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen und energieeffizienten Architektur“, erklärt Richards. „Das Material kann gleichzeitig für optimale Nutzung von Sonnenlicht in Innenräumen sorgen, passiv kühlen und die Abhängigkeit von Klimaanlagen reduzieren. Die Lösung lässt sich skalieren und nahtlos in Planungen für umweltfreundlichen Hausbau und Stadtentwicklung integrieren“, ergänzt Huang.
