Robert Klatt
Ein neues Material, das einer hochentwickelten Luftpolsterfolie ähnelt, kann Fenster hervorragend dämmen und ist lichtdurchlässiger als Glas. In Zukunft könnte das Material Optically Clear Heat Insulator (MOCHI) den Energiebedarf von Gebäuden stark senken.
Boulder (U.S.A.). Gebäude verbrauchen für ihre Heizungen etwa 40 Prozent der global produzierten Energie und verlieren vor allem an kalten Tagen viel Wärme nach außen. Ein Großteil davon entweicht über die Fenster, für die es bisher keine transparenten Dämmmaterialien gibt. Forscher der University of Colorado Boulder (CU) haben deshalb das neue Material Optically Clear Heat Insulator (MOCHI) entwickelt. MOCHI ist lichtdurchlässiger als Glas und kann in Form von großen Platten und dünnen Folien produziert werden. Diese lassen sich auf der Innenseite von fast allen Fenstern anbringen und isolieren diese besser als eine herkömmliche Wand.
„Um den Wärmeaustausch zu blockieren, kann man viel Dämmung in Wände einbauen, aber Fenster müssen transparent sein. Durchsichtige Isolatoren zu finden, ist extrem schwierig.“
Laut den Forschern ähnelt das Material, das bisher nur im Labor produziert wurde und noch nicht gekauft werden kann, einer hochentwickelten Luftpolsterfolie. MOCHI besteht aus einem Silikongel, das mit seiner besonderen Struktur in einem Netzwerk aus winzigen Poren Luft einschließt. Die Poren des langlebigen Materials sind deutlich in einem Netzwerk wie ein menschliches Haar. Laut den Messungen blockieren die kleinen Luftkammern Wärme so effektiv, dass eine nur fünf Millimeter dicke MOCHI-Schicht ausreicht, um eine Flamme mit der Hand zu berühren.
„Unabhängig von den Temperaturen draußen sollen Menschen innen angenehme Bedingungen haben, ohne unnötig Energie zu verschwenden.“
Die Wissenschaftler erklären, dass die extrem gute Isolation auf die genaue Kontrolle der eingeschlossenen Lufttaschen zurückgeht. In Aerogelen, die unter anderem die NASA nutzt, um Elektronik in Marsrovern warmzuhalten, sind die Luftblasen zufällig verteilt und reflektieren Licht, anstatt es hindurchzulassen. Aerogele sind deshalb eher milchig und eignen sich nicht zur Isolation von Fenstern.
Das Material MOCHI ähnelt einem Aerogel. Die Forscher haben seine Eigenschaften aber durch spezielle Tensidmoleküle verbessert. Diese bilden im frühen Stadium der Herstellung kleine Fäden, an die sich Silikonmoleküle anheften. Anschließend werden die Tensidmoleküle in mehreren Etappen durch Luft ersetzt. Final entsteht so ein Netzwerk aus extrem feinen, luftgefüllten Silikonröhren. Das Volumen von MOCHI besteht zu insgesamt über 90 Prozent aus Luft.
Die Luftblasen im MOCHI sind so winzig, dass die darin enthaltenen Gase sich kaum bewegen können. Die ausbleibenden Kollisionen sorgen dafür, dass der Wärmetransport unterbrochen wird.
„Die Moleküle haben keine Gelegenheit, frei miteinander zu kollidieren und Energie auszutauschen. Stattdessen stoßen sie an die Wände der Poren.“
Laut den Wissenschaftlern hat das neue Material, das nur etwa 0,2 Prozent des einfallenden Lichts reflektiert, zahlreiche Einsatzmöglichkeiten, die stark über die Dämmung von Fenstern hinausgehen. Es könnte etwa als Basis für eine neue Technik dienen, mit der Sonnenwärme eingefangen wird, um günstig nachhaltige Energie zu gewinnen.
„Selbst an leicht bewölkten Tagen ließe sich noch viel Energie gewinnen, um Wasser zu erhitzen oder Gebäude zu beheizen.“
Der aktuelle Produktionsprozess des Materials ist noch sehr komplex. Die Forscher arbeiten deshalb daran, die Herstellung zu vereinfachen, damit MOCHI im industriellen Maßstab produziert werden kann.
Quellen:
Pressemitteilung der University of Colorado Boulder (CU)
Studie im Fachmagazin Science, doi: 10.1126/science.adx556
