Neu­es Bay­reu­ther ERC-Pro­jekt: Opti­mier­te Foli­en aus recy­cel­ten Pla­stik­ab­fäl­len sen­ken Ener­gie­ver­brauch für Kühlung

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DEN VON KÜHL­SY­STE­MEN VER­UR­SACH­TEN ENER­GIE­VER­BRAUCH ZU SEN­KEN UND DEN PLA­STIK­MÜLL IN DER UMWELT ZU VER­RIN­GERN, SIND ZEN­TRA­LE ANFOR­DE­RUN­GEN AN EINE NACH­HAL­TI­GE WIRT­SCHAFT. IN EINEM FOR­SCHUNGS­VOR­HA­BEN ZU NEU­AR­TI­GEN FUNK­TI­ONS­FO­LI­EN WILL DER BAY­REU­THER PHY­SI­KO­CHE­MI­KER PROF. DR. MAR­KUS RETSCH BEI­DE PRO­BLE­ME GLEICH­ZEI­TIG ANGE­HEN: KUNST­STOFF­AB­FÄL­LE SOL­LEN KÜNF­TIG ZU GROß­FLÄ­CHI­GEN FOLI­EN VER­AR­BEI­TET WER­DEN, DIE KÜH­LEN KÖN­NEN, OHNE DASS ENER­GIE VON AUßEN ZUGE­FÜHRT WER­DEN MUSS. DAS PRO­JEKT WIRD AUS DEM PRO­GRAMM „PRO­OF OF CON­CEPT GRANTS“ DES EURO­PÄI­SCHEN FOR­SCHUNGS­RATS (ERC) MIT RUND 150.000 EURO GEFÖRDERT.

Kunst­stoff­pro­duk­te sind heu­te in vie­len Wirt­schafts­zwei­gen unent­behr­lich – sei es bei Lebens­mit­tel­ver­packun­gen, im Leicht­bau oder in der Medi­zin­tech­nik. Den­noch hat sich ein umfas­sen­des Recy­cling und Upcy­cling bis­her nicht durch­set­zen kön­nen. Ein gro­ßer Teil der Kunst­stoff­ab­fäl­le wird nach wie vor ver­brannt oder in der Umwelt
ent­sorgt. Gleich­zei­tig wer­den etwa 15 Pro­zent des welt­wei­ten Ener­gie­ver­brauchs durch Küh­lungs­sy­ste­me ver­ur­sacht: ein Anteil, der ins­be­son­de­re auf­grund von Kli­ma­ver­än­de­run­gen vor­aus­sicht­lich noch stei­gen wird. Die­ser Ent­wick­lung kann jedoch eine neue Tech­no­lo­gie ent­ge­gen­wir­ken: die pas­si­ve Tages­küh­lung. Dabei wird die Auf­hei­zung durch Son­nen­ein­strah­lung ver­mie­den und gleich­zei­tig die bereits vor­han­de­ne Wär­me abge­führt, ohne dass eine exter­ne Ener­gie­zu­fuhr nötig ist.

In dem vom ERC geför­der­ten Pro­jekt mit dem Namen „Cool­Chips“ wol­len Prof. Dr. Mar­kus Retsch und sein Bay­reu­ther Mit­ar­bei­ter Dr. Qimeng Song aus Pla­stik­ab­fäl­len, bei­spiels­wei­se von Kar­tof­fel­chips­tü­ten, groß­flä­chi­ge Foli­en ent­wickeln. Die­se könn­ten als nach­hal­ti­ge Mate­ria­li­en bei­spiels­wei­se auf Dächern, Jalou­sien und Mar­ki­sen zur
Küh­lung von Wohn- oder Büro­ge­bäu­den oder auch zur Küh­lung von Car­parks ein­ge­setzt wer­den. „Für die pas­si­ve Tages­küh­lung sind Mate­ria­li­en erfor­der­lich, die spe­zi­el­le opti­sche Eigen­schaf­ten haben: Sie dür­fen kein Son­nen­licht im Wel­len­be­reich zwi­schen 0,3 und 2,5 Mikro­me­tern absor­bie­ren, son­dern müs­sen die gesam­te Son­nen­ein­strah­lung in die­sem Wel­len­län­gen­be­reich streu­en oder reflek­tie­ren. Im Bereich zwi­schen 8 und 12 Mikro­me­tern müs­sen sie hin­ge­gen mög­lichst effi­zi nt
ihre ther­mi­sche Ener­gie in Rich­tung des Welt­alls aus­sen­den. Denn nur Licht in die­sem schma­len Fen­ster ist imstan­de, die Atmo­sphä­re zu durch­drin­gen und ins Welt­all zu ent­wei­chen“, sagt Retsch, der an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth einen Lehr­stuhl für Phy­si­ka­li­sche Che­mie innehat.

In der For­schung wur­den bereits zahl­rei­che Mate­ria­li­en ent­wickelt, um die Poten­zia­le der pas­si­ven Tages­küh­lung aus­zu­lo­ten und zu demon­strie­ren. Vie­le von ihnen besit­zen eine metal­li­sche Rück­sei­ten­be­schich­tung. An die mit die­sen Mate­ria­len gewon­ne­nen Erkennt­nis­se knüpft das Bay­reu­ther Pro­jekt an: Alu­mi­ni­um­la­mi­na­te sind
häu­fig ver­wen­de­te Ver­bund­werk­stof­fe für Lebens­mit­tel- und Ein­weg­ver­packun­gen. Sie bestehen aus meh­re­ren Schich­ten, die für Sauer­stoff und Feuch­tig­keit undurch­läs­sig sind. Die­se metall­hal­ti­gen Poly­mer­fo­li­en wer­den in gro­ßen Men­gen in Form von klein­tei­li­gen Pro­duk­ten, bei­spiels­wei­se als Tüten für Kar­tof­fel­chips, indu­stri­ell her­ge­stellt. Sie stel­len die heu­te übli­chen Recy­cling-Tech­no­lo­gien vor erheb­li­che Pro­ble­me, weil die recy­cel­ten Poly­me­re durch das Aluminium
ver­un­rei­nigt wer­den. Zugleich aber ent­hal­ten Alu­mi­ni­um­la­mi­na­te eine das Son­nen­licht reflek­tie­ren­de Schicht, die sie für pas­si­ve Küh­lungs­tech­ni­ken attrak­tiv macht.

Das Bay­reu­ther For­schungs­team will des­halb Alu­mi­ni­um­la­mi­na­te, die als klein­tei­li­ge Foli­en pro­du­ziert und bereits recy­celt wur­den, als Aus­gangs­ma­te­ria­li­en nut­zen: Zunächst sol­len die recy­cel­ten Lami­na­te zu groß­flä­chi­gen Foli­en wei­ter­ver­ar­bei­tet wer­den. Anschlie­ßend sol­len ihre opti­schen Eigen­schaf­ten mit spe­zi­el­len Beschich­tungs­tech­ni­ken so ver­än­dert wer­den, dass sie zur pas­si­ven Tages­küh­lung opti­mal geeig­net sind. „Wenn es gelingt, die neu­ar­ti­gen Foli­en im gro­ßen Maßstab
wie­der­zu­ver­wen­den, kön­nen dar­aus eine Viel­zahl neu­er Anwen­dun­gen für das Käl­tema­nage­ment von Gebäu­den, Kli­ma­an­la­gen und wei­te­rer Infra­struk­tur ent­ste­hen. Dies kann einen signi­fi­kan­ten Bei­trag zu ange­nehm tem­pe­rier­ten Wohn­räu­men und zur Sen­kung des durch Küh­lungs­sy­ste­me ver­ur­sach­ten Ener­gie­ver­brauchs lei­sten“, sagt Retsch.

Für sein For­schungs­vor­ha­ben „VISIR­day“ ist der Bay­reu­ther Phy­si­ko­che­mi­ker im Jahr 2016 vom Euro­päi­schen For­schungs­rat mit einem „_ERC Star­ting Grant“__ _​ausgezeichnet wor­den. Im Rah­men die­ses Pro­jekts hat er sich inten­siv mit der pas­si­ven Tages­küh­lung befasst und die kon­zep­tio­nel­len Grund­la­gen für die Ent­wick­lung der erfor­der­li­chen Mate­ria­li­en gelegt. Mit dem neu­en, eben­falls vom ERC ver­ge­be­nen „Pro­of of Con­cept Grant“ wird er die­se Erkennt­nis­se nun für innovative
Anwen­dun­gen nutz­bar machen. Es han­delt sich um ein För­der­pro­gramm, an dem nur die­je­ni­gen Wissenschaftler*innen teil­neh­men kön­nen, die bereits
einen ERC Grant erhal­ten haben.

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