Die schwitzende Matte ist als Sandwich aufgebaut: Kunststofffolie, Polymer, wasserdurchlässige Membran (von unten nach oben). (Bild: Rotzetter ACC et al. / Advanced Materials)
Zürich – Schwitzen ist ein denkbar einfacher und effizienter Prozess, um einen Körper abzukühlen. Menschen und Tiere nutzen ihn, um bei hochsommerlichen Temperaturen oder nach körperlicher Anstrengung nicht zu überhitzen. Dieser Prozess soll nun auch für die Kühlung von Gebäuden zur Verfügung stehen. Forschende aus der Gruppe von Wendelin Stark, Professor am Institut für Chemie- und Bioingenieurwissenschaften, haben eine Matte entwickelt, mit der sie Dächer decken möchten.
Regnet es, saugt sich die Matte wie ein Schwamm mit Wasser voll. Wird die Matte bei Sonnenschein warm, gibt sie Wasser an ihre Oberfläche ab – sie «schwitzt». Dadurch wird dem Gebäude Wärme entzogen. Dies funktioniert gleich wie bei uns Menschen: Wenn wir schwitzen, sondern Drüsen in unserer Haut Schweiss ab, der mit der Zeit verdampft. Damit eine Schweissperle zu Dampf werden kann, benötigt sie Energie, die sie dem Körper in Form von Wärme entzieht.
Für die «schwitzenden» Matten verwendeten die Forscher ein spezielles Polymer mit der Abkürzung PNIPAM, das von einer wasserdurchlässigen Membran geschützt wird. So kann sich die Matte bei Regen mit Wasser füllen. Die Speicherkapazität von PNIPAM ist temperaturabhängig. Wird das Material unter direkter Sonneneinstrahlung wärmer als 32 Grad, zieht es sich zusammen und nimmt wasserabstossende Eigenschaften an. Dadurch wird das Wasser durch die Membran an die Oberfläche der Matte gepresst, wo es wie Schweiss auf unserer Haut verdunstet.
Tests mit Modellhäuschen
Getestet haben die Forscher das Prinzip im kleinen Massstab: Sie deckten Dächer von Modelleisenbahnhäuschen mit fünf Millimeter dicken Matten und liessen diese von einer speziellen Lampe bestrahlen, die das Sonnenlicht in unseren Breitengraden imitiert. Dabei massen die Wissenschaftler die Temperatur im Innern der Minitaturhäuschen.
Im Vergleich mit einer Matte, die mit einem konventionellen Polymer gefüllt ist, das sich bei Hitze nicht zusammenzieht, war die Kühlleistung der PNIPAM-Matte deutlich grösser. «Das mit der PNIPAM-Matte isolierte Haus wärmte sich viel weniger schnell auf», sagt ETH-Doktorandin Aline Rotzetter, Erstautorin der Originalpublikation in der Fachzeitschrift «Advanced Materials». Denn eine Matte mit einem konventionellen Polymer sei vergleichbar mit einem gewöhnlichen Schwamm, während PNIPAM-Matten gezielt Wasser abgäben, wenn sie sich erwärmten.
Weniger Strom für Klimaanlage
Mit solchen Matten bedeckte Gebäude müssten bei hohen Temperaturen weniger stark mit Klimaanlagen gekühlt werden. Nach Berechnungen der ETH-Wissenschaftler würde man beispielsweise bei einem Einfamilienhaus bei starker Sonneneinstrahlung im Juli bereits mit einer wenigen Millimeter dicken Matte bis zu 60 Prozent der für die Klimatisierung aufgewendeten Energie einsparen können.
Den Schritt vom Modellhaus zum richtigen Gebäude steht allerdings nicht unmittelbar an. Zunächst müssten eine Reihe offener Fragen geklärt werden, wie zum Beispiel jene, ob die Verdampfungsmatten auch frostresistent seien, sagt Rotzetter. Da die Kühlmethode nun in einer Fachzeitschrift veröffentlicht und nicht patentiert sei, stünde es jedermann frei, sie aufzugreifen und zur Marktreife weiterzuentwickeln. «Eignen würde sich unsere schwitzenden Matten auch für Entwicklungs- und Schwellenländer in warmen Weltregionen, denn das System ist sehr kostengünstig.» (ETH/mc/pg)