Die Kühlung macht etwa 15 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs aus. Herkömmliche Klarglasfenster lassen die Sonne Innenräume aufheizen, die dann von energiefressenden Klimaanlagen heruntergekühlt werden müssen. Aber was wäre, wenn ein Fenster helfen könnte, den Raum zu kühlen, keine Energie zu verbrauchen und die Aussicht zu bewahren?
Tengfei Luo, Dorini Family Professor of Energy Studies an der University of Notre Dame, und Postdoktorand Seongmin Kim haben eine transparente Beschichtung für Fenster entwickelt, die genau das tut.
Die Beschichtung oder der transparente Strahlungskühler (TRC) lässt sichtbares Licht herein und hält anderes wärmeerzeugendes Licht fern. Die Forscher schätzen, dass diese Erfindung die Kosten für elektrische Kühlung in heißen Klimazonen im Vergleich zu herkömmlichen Glasfenstern um ein Drittel senken kann.
Transparente Strahlungskühler können für Gebäude und Autos verwendet werden, um die Herausforderungen des Klimawandels anzugehen. Luo und sein Team konnten ihre klassenbeste TRC durch den Einsatz von Quantencomputern in Kombination mit maschinellem Lernen entwickeln.
Das TRC besteht aus mehreren ultradünnen Materialschichten, die in einer präzisen Konfiguration zusammengesetzt werden müssen. Durch die Konstruktion eines Rechenmodells des TRC konnten die Forscher jede mögliche Konfiguration von Schichten in Sekundenbruchteilen testen, um die optimale Kombination und Reihenfolge der Materialien zu ermitteln.
Von diesen Ergebnissen geleitet, stellten sie die neue Beschichtung her, indem sie Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Titanoxid auf eine Glasbasis schichteten – und sie mit demselben Polymer überzogen, das auch zur Herstellung von Kontaktlinsen verwendet wird. Das Ergebnis war eine 1,2 Mikrometer dicke Beschichtung, die alle anderen wärmereduzierenden Glasbeschichtungen auf dem Markt übertrifft.
„Ich denke, die Quantencomputing-Strategie ist genauso wichtig wie das Material selbst“, sagte Luo. „Mit diesem Ansatz konnten wir das beste Material seiner Klasse finden, einen Strahlungskühler konstruieren und dessen Kühlwirkung experimentell nachweisen.“
Ihre Forschung wurde in veröffentlicht ACS Energiebriefeeine Zeitschrift der American Chemical Society.
Mehr Informationen:
Seongmin Kim et al, Hochleistungs-Transparentstrahlungskühler, entworfen von Quantum Computing, ACS Energiebriefe (2022). DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01969