Die Bedeutung ist immens: Die Temperaturregulation in den Gebäuden der Welt verschlingt enorme Energiemengen, denn meist sind dabei Klimaanlagen und Heizungen im Einsatz. “Lange hat man die Regelung der Innentemperatur als selbstverständlich angesehen, ohne darüber nachzudenken, wie viel Energie dafür benötigt wird”, sagt Chun Hsu von der University of Chicago. “Doch wenn wir nun eine klimafreundliche Zukunft anstreben, müssen wir verschiedene Möglichkeiten in Betracht ziehen, die Gebäudetemperatur auf energieeffizientere Weise günstig zu beeinflussen“, so der Seniorautor der aktuellen Studie.
Anpassungsfähigkeit ist gefragt
Um Gebäuden eine grundlegende Fähigkeit zu geben, kühl zu bleiben, lässt sich das Prinzip der Strahlungskühlung nutzen. Dabei kommen Materialien zum Einsatz, die besonders intensiv Infrarotstrahlung abgeben – die unsichtbare Wärmestrahlung, die auch von Menschen und warmen Gegenständen ausgeht. Umgekehrt lassen sich Materialien mit sehr geringen Abstrahlungswerten einsetzen, um die Wärmeverluste von Gebäuden in kalten Klimazonen einzudämmen. Doch in vielen Regionen ist bekanntlich je nach Jahreszeit das eine oder das andere gefragt. Nur wenige Klimazonen erfordern eine ganzjährige Heizung oder Kühlung durch eine Klimaanlage. Prognosen zufolge könnte außerdem die Wechselhaftigkeit des Wetters im Zuge des Klimawandels auch noch deutlich zunehmen.
Um Gebäudeoberflächen mehr Anpassungsfähigkeit bei der Wärmeabstrahlung zu verleihen, haben Hsu und seine Kollegen nun ein Verfahren genutzt, das auf dem Prinzip der sogenannten Elektrochromie basiert. Diese Technologie beruht auf der Änderung optischer Materialeigenschaften durch ein äußeres elektrisches Feld oder einen Stromfluss. Bisher ist diese Technologie jedoch weitgehend auf den sichtbaren Wellenlängenbereich beschränkt. Zudem bestand ein Problem darin, dass bisher übliche Elektrolyt-Stoffe leicht brennbar sind und sich deshalb nicht für den Einsatz in flächigen Umhüllungen von Gebäuden eignen. Auch bei diesem Aspekt kann das neue elektrochrome Material nun punkten, sagen die Forscher.
Vom Metall zur Flüssigkeit und zurück
Bei dem nicht brennbaren Material handelt es sich um ein cleveres Schichtsystem: Die obere Einheit wird aus einer Kombination von Polyethylen, einem feinen Goldgitter und einem Hauch von Graphen gebildet. Diese Lage fungiert als Elektrode und ist transparent. Darunter befindet sich ein flüssiger Elektrolyt auf der Basis von Perchlorat, in dem Kupfer gelöst ist. Die unterste Schicht wird von einer Kupferfolie gebildet und dient als die zweite Elektrode des Systems. Wenn nun eine vergleichsweise geringe Spannung angelegt wird, bildet das in dem Elektrolyt gelöste Kupfer eine feste Metallschicht unter der oberen Elektrode aus. Wird die elektrische Polung umgekehrt, löst sich diese Schicht dann wieder auf.
