Hightech-Folie für Fenster hält Wohnung warm

Knapp 40 Prozent der weltweit zur Verfügung gestellten Energie werden für Gebäude genutzt. Zum Beispiel, um sie zu kühlen oder zu heizen. Da viele Gebäude aber schlecht isoliert sind, dringt ein Großteil der Wärme in Wohnungen nach Außen. 

Forschende der University of Colorado Boulder haben nun ein neues Material entwickelt, das Fenster isoliert, äußerst langlebig und beinahe transparent ist. Dadurch könne die Energieeffizienz von Gebäuden auf der ganzen Welt verbessert werden. Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachjournal Science veröffentlicht. 

MOCHI - das Hightech-Luftpolster 

Das von den Forschenden entwickelte Material heißt MOCHI (Mesoporous Optically Clear Heat Insulator), also "mesoporöser optisch transparenter Wärmeisolator". Vereinfacht gesagt handelt es sich dabei um eine Hightech-Version von Luftpolsterfolie, wie die Forschenden betonen. 

Vergleichbar sei die Erfindung auch mit sogenannten Aerogelen, die ebenfalls Luft einschließen und dadurch isolieren. Beispielsweise werden solche Aerogele von der NASA im Mars Rover genutzt, um Elektronik warmzuhalten. 

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Wie MOCHI isoliert 

"Unabhängig von den Außentemperaturen möchten wir, dass die Menschen in Innenräumen angenehme Temperaturen genießen können, ohne Energie zu verschwenden“,  betont Ivan Smalyukh, der die Studie geleitet hat.  Wie gut MOCHI isoliert, verdeutlichen die Forscher anhand von folgendem Beispiel: Eine nur 5 Millimeter dicke MOCHI-Folie isoliert so stark, dass man damit eine Flamme in der Hand halten könnte.

Das funktioniert durch die Kontrolle der Luftblasen. Denn Wärme regt Moleküle und Atome im Gas an, sich zu bewegen. Die Blasen in MOCHI sind aber so klein, dass die darin enthaltenen Gase nicht miteinander kollidieren können. So werde der Wärmefluss verhindert.  „Die Moleküle haben keine Möglichkeit, frei miteinander zu kollidieren und Energie auszutauschen“, so Smalyukh. „Stattdessen stoßen sie gegen die Wände der Poren.“

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MOCHI für bessere Sicht 

In Aerogelen sind Luftblasen zufällig verteilt und reflektieren das Licht. Das hat den Nachteil, dass die Gele trüb wirken und daher oft als “gefrorener Rauch” bezeichnet werden. „Um den Wärmeaustausch zu blockieren, kann man die Wände mit einer dicken Isolierung versehen, aber Fenster müssen transparent sein“, betont Smalyukh. 

Transparente Isoliermaterialien zu finden, sei laut dem Forscher besonders schwierig. MOCHI löse dieses Problem, weil es aus einem Silikon-Gel besteht, das Luft in winzigen Poren gefangen hält und so Wärme abhält. Da die Poren um ein Vielfaches dünner sind als ein menschliches Haar, wird Licht fast ungehindert durchgelassen. Außerdem werden nur 0,2 Prozent des einfallenden Lichts von MOCHI reflektiert.

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Um MOCHI herzustellen, werden Tenside mit einer flüssigen Lösung vermischt. Dabei bilden sich Klumpen und Fäden - die Silikonmoleküle lagern sich dann an den Außenseiten der Fäden ab. Die Klumpen werden durch Luft ersetzt, wodurch MOCHI zu mehr als 90 Prozent aus Luft besteht.

Die Zukunft von MOCHI 

Die MOCHI-Technologie könnte eines Tages in allen Gebäuden Anwendung finden, indem Platten oder dünne Folien aus dem Material an der Innenseite des Fensters angebracht werden. 

Laut den Forschenden könnte mithilfe von MOCHI aber auch ein Gerät entwickelt werden, um die Wärme des Sonnenlichts einzufangen und so in Energie umzuwandeln. „Selbst an einem etwas bewölkten Tag kann man noch viel Energie gewinnen und diese dann zum Erwärmen von Wasser und zum Heizen von Gebäuden nutzen“, sagte Smalyukh.

Bis die neue Technologie Anwendung findet, könnte es aber noch ein bisschen dauern. Denn vorerst wird MOCHI in einem sehr zeitaufwendigen Verfahren nur im Labor hergestellt. Laut Smalyukh, könne man diesen Prozess aber optimieren. Ein Vorteil von MOCHI sei jedenfalls, dass es relativ kostengünstig hergestellt werden kann. Das ist wichtig, damit das Material großflächig eingesetzt werden kann.