Der Sommer ist fast da, eine Zeit, in der viele Menschen versuchen, der Hitze zu trotzen. Aber ständig laufende Klimaanlagen können teuer und verschwenderisch sein. Jetzt berichten Forscher im ACS-Journal Nano-Buchstaben haben einen leichten Schaum aus Zellulose-Nanokristallen auf Holzbasis entwickelt, der Sonnenlicht reflektiert, absorbierte Wärme abgibt und wärmeisolierend ist. Sie schlagen vor, dass das Material den Kühlenergiebedarf von Gebäuden um mehr als ein Drittel reduzieren könnte.
Obwohl Wissenschaftler Kühlmaterialien entwickelt haben, haben sie Nachteile. Einige Materialien, die absorbierte Wärme passiv abgeben, lassen in den Sommermonaten unter der direkten Mittagssonne viel Wärme an Gebäude durch. Und andere Materialien, die das Sonnenlicht reflektieren, funktionieren bei heißem, feuchtem oder bewölktem Wetter nicht gut. Also wollten Yu Fu, Kai Zhang und ihre Kollegen ein robustes Material entwickeln, das Sonnenlicht reflektieren, Wärme passiv abgeben und unerwünschte Wärme am Durchdringen hindern kann.
Um ein Kühlmaterial zu erzeugen, verbanden die Forscher Zellulose-Nanokristalle mit einer Silanbrücke, bevor sie das Material unter Vakuum einfrierten und gefriertrockneten. Dieser Prozess richtete die Nanokristalle vertikal aus und bildete einen weißen, leichten Schaum, der 96 % des sichtbaren Lichts reflektierte und 92 % der absorbierten Infrarotstrahlung emittierte.
Wenn es mittags über einer mit Aluminiumfolie ausgekleideten Kiste im Freien platziert wurde, hielt das Material die Temperatur in der Kiste um 16 Grad Fahrenheit kühler als die Temperatur außerhalb. Außerdem hielt das Material das Innere der Box 13 Grad F kühler, wenn die Luft feucht war. Als der Schaum auf Zellulosebasis komprimiert wurde, nahm seine Kühlfähigkeit ab, was einstellbare Kühleigenschaften offenbarte.
Das Team berechnete, dass das Anbringen des Schaums auf dem Dach und den Außenwänden eines Gebäudes den Kühlenergiebedarf um durchschnittlich 35,4 % senken könnte. Da die Leistung des holzbasierten Zelluloseschaums je nach Wetterbedingungen eingestellt werden kann, sagt der Forscher, dass die Technologie in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt werden könnte.
Chenyang Cai et al., Dynamisch abstimmbarer Allwetter-Tages-Cellulose-Aerogel-Strahlungsunterkühler für energiesparende Gebäude, Nano-Buchstaben (2022). DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00844