Ein neues Wärmespeichermaterial könnte helfen, die Energieeffizienz von Gebäuden deutlich zu verbessern. Entwickelt von Forschern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Universität Leipzig, kann sie genutzt werden, um überschüssige Wärme zu speichern und bei Bedarf wieder an die Umgebung abzugeben. Im Gegensatz zu bestehenden Materialien kann das neue deutlich mehr Wärme aufnehmen, ist stabiler und besteht aus unbedenklichen Stoffen. In dem Zeitschrift für Energiespeicherung das Team beschreibt den Entstehungsmechanismus des Materials.
Die Erfindung ist ein sogenanntes formstabilisiertes Phasenwechselmaterial. Es kann große Wärmemengen aufnehmen, indem es seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig ändert. Die gespeicherte Wärme wird dann beim Aushärten des Materials wieder abgegeben. „Viele kennen dieses Prinzip von Handwärmern“, erklärt Professor Thomas Hahn vom Institut für Chemie der MLU. In Manteltaschen kommt die Erfindung aus Halle allerdings nicht zum Einsatz. Stattdessen könnten sie von der Bauindustrie als große Platten verwendet werden, die in Wände integriert werden könnten. Diese würden dann in den sonnigen Stunden des Tages Wärme aufnehmen und später bei sinkenden Temperaturen wieder abgeben. Das könnte viel Energie sparen: Die Forscher haben berechnet, dass das neue Material bei Erwärmung unter den richtigen Bedingungen bis zu 24 Mal pro 10 Grad Celsius mehr Wärme speichern kann als herkömmlicher Beton oder Wandplatten.
Im Gegensatz zu Handwärmern schmelzen die Paneele aus dieser Materialmischung bei Wärmeaufnahme nicht. „Bei unserer Erfindung ist das Wärmespeichermaterial in ein Gerüst aus festem Silikat eingeschlossen und kann aufgrund hoher Kapillarkräfte nicht entweichen“, erklärt Hahn. Am wichtigsten ist, dass die bei der Herstellung verwendeten Stoffe umweltfreundlich sind: harmlose Fettsäuren, wie sie in Seifen und Cremes enthalten sind. Auch die Zusatzstoffe, die dem Material Festigkeit und erhöhte Wärmeleitfähigkeit verleihen, lassen sich aus Reishülsen gewinnen.
In der aktuellen Studie beschreibt das Team, in welchen Schritten die Struktur des Materials entsteht und wie sich die verschiedenen Chemikalien gegenseitig beeinflussen. Dabei erhielt das Team Unterstützung von einer Forschergruppe um Professorin Kirsten Bacia von der MLU, die den Mechanismus mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie sichtbar machte. „Die gewonnenen Erkenntnisse können genutzt werden, um das Material weiter zu optimieren und möglicherweise im industriellen Maßstab herzustellen“, sagt Felix Marske, der die Entwicklung im Rahmen seiner Promotion bei Thomas Hahn vorangetrieben hat. Bisher wird das Material noch nur in kleinen Mengen im Labor hergestellt. In Zukunft kann es in Kombination mit anderen Maßnahmen dazu beitragen, Gebäude deutlich energieeffizienter zu machen oder Photovoltaikanlagen und Batterien passiv zu kühlen und so deren Effizienz zu steigern.
Felix Marske et al, Einfluss von Tensiden und organischen Polymeren auf monolithische formstabilisierte Phasenwechselmaterialien, die über Sol-Gel-Route synthetisiert wurden, Zeitschrift für Energiespeicherung (2022). DOI: 10.1016/j.est.2022.104127
Zur Verfügung gestellt von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg