Gebäude sind große Energieverbraucher und machen etwa 40 % der weltweiten Energieproduktion aus. Ein erheblicher Teil dieser Energie geht durch ineffiziente Fenster verloren, die im Winter Wärme entweichen lassen und im Sommer überschüssige Wärme speichern. Das Problem ist nicht nur wirtschaftlicher Natur; Es handelt sich um ein Kernproblem bei den Bemühungen um eine nachhaltige Infrastruktur. Während fensterlose Gebäude keine praktikable Lösung sind, haben Forscher der University of Colorado Boulder möglicherweise eine praktische Alternative gefunden: einen transparenten Isolator, der die Struktur von Luftpolsterfolie nachahmt.
Die Herausforderung transparenter Isolierung
Herkömmliche Isolierung blockiert die Wärmeübertragung, Fenster erfordern jedoch Transparenz. Es hat sich als schwierig erwiesen, Materialien zu finden, die beides übertreffen. Ivan Smalyukh, Materialphysiker an der CU Boulder, erklärt: „Es ist wirklich eine Herausforderung, transparente Isolatoren zu finden.“ Die Lösung des Teams mit dem Namen Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI) geht dieses Problem direkt an.
Wie MOCHI funktioniert: Ein mikroskopisches Luftnetzwerk
MOCHI ist ein Silikongel mit einer einzigartigen inneren Struktur. Wie Aerogele, die in den Mars-Rovern der NASA verwendet werden, schließt es Luft in einem mikroskopisch kleinen Porennetzwerk ein. Allerdings unterscheidet sich MOCHI durch die Anordnung dieser Poren. Aerogele streuen Licht aufgrund der zufälligen Porenverteilung und machen sie dadurch undurchsichtig. MOCHI hingegen verwendet Tenside, um ausgerichtete, fadenartige Strukturen innerhalb einer flüssigen Silikonbasis zu erzeugen. Indem das Team das Tensid durch Luft ersetzte, schuf es eine Matrix aus mikroskopisch kleinen Röhren.
Das Ergebnis ist ein Material, das zu 90 % aus Luft besteht. Dieser hohe Luftgehalt reduziert die Wärmeübertragung drastisch, da die winzigen Poren molekulare Kollisionen begrenzen – den primären Mechanismus der Wärmeübertragung in Gasen. Wie Smalyukh es ausdrückt, „stoßen die Moleküle gegen die Wände der Poren“, anstatt ungehindert Energie auszutauschen.
Leistung und Potenzial
MOCHI ist so effektiv, dass eine nur 5-Millimeter-Folie eine Hand vor einer offenen Flamme schützen kann. Entscheidend ist, dass es nur etwa 0,2 % des einfallenden Lichts reflektiert und so eine nahezu perfekte Transparenz beibehält. Über die Isolierung hinaus könnte das Material sogar dazu verwendet werden, Wärme für eine nachhaltige Energieerzeugung einzufangen.
„Selbst wenn es ein etwas bewölkter Tag ist, könnten Sie noch viel Energie nutzen und diese dann zum Erhitzen Ihres Wassers und Ihres Gebäudeinneren verwenden“, erklärt Smalyukh.
Produktionshürden und Zukunftsaussichten
Trotz der Verwendung kostengünstiger Zutaten ist der derzeitige Herstellungsprozess von MOCHI langsam und arbeitsintensiv. Ziel des Forschungsteams ist es, die Produktion zu rationalisieren und den Weg für eine weitverbreitete Übernahme in Architekturentwürfen zu ebnen. Während die Skalierung weiterhin eine Herausforderung darstellt, machen die potenziellen Vorteile – weniger Energieverschwendung und nachhaltige Heizlösungen – MOCHI zu einer vielversprechenden Entwicklung in der Gebäudetechnik.
Zusammenfassend stellt MOCHI einen bedeutenden Schritt hin zu energieeffizienteren Gebäuden dar. Sein einzigartiges Design löst ein seit langem bestehendes Problem bei der Isolierung, und wenn Herstellungshürden überwunden werden können, könnte es den Energieverbrauch im Bausektor drastisch senken.
