Fenster aus transparentem Holz sollen vor UV-Licht schützen und Energie sparen

Wer schon einmal einen Sommer lang bunte Gartenstühle aus Plastik benutzt hat, kennt das Phänomen: Nach einiger Zeit bleichen die Sitzmöbel aus. Das liegt an der UV-Strahlung, die ein natürlicher Bestandteil von Sonnenlicht ist und eine Wellenlänge zwischen 400 und 100 Nanometern aufweist. 

Auch für Menschen ist UV-Strahlung schädlich und kann z.B. zu Hautkrebs führen. Deshalb arbeiten Forschende aus Südkorea an Fenstern, die UV-Strahlung blockieren, Ausgangsmaterial ist Holz. 

Sie gehen mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit einher, weshalb es im Sommer weniger heiß in Wohnungen wird. Die Forschenden haben die Studie zum Fenster aus Holz im Journal Advanced Composites and Hybrid Materials veröffentlicht. 

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Smarte Fenster aus Holz 

Fenster aus einem anderen Material als Glas sind für viele Menschen kaum vorstellbar. Doch das transparente Holz weist im Vergleich einige Vorteile auf.

Die von den Forschenden entwickelten Fenster sind nämlich optisch modulierbar. Das heißt, tagsüber wird Licht, aber keine UV-Strahlung durchgelassen. In der Nacht wird das Fenster dann milchig, wodurch die Privatsphäre automatisch vor neugierigen Blicken geschützt wird.  

Das liegt daran, dass das entwickelte Material thermochrom ist. Es passt also seine Durchlässigkeit für sichtbares Licht je nach Temperatur an und das ohne zusätzlichen Energieaufwand. Bei Raumtemperatur hat das transparente Balsaholz beispielsweise eine Durchlässigkeit von 28 Prozent. 

Bei einer Temperatur von 40 Grad Celsius erreicht es dann eine Durchlässigkeit von 78 Prozent und ist quasi transparent. Dadurch hat man tagsüber Licht und wird in der Nacht, wo es meist abkühlt, vor neugierigen Blicken geschützt. 

In nicht-tropischen Gegenden ergäbe sich mit diesen Materialeigenschaften allerdings ein Problem: Im Winter wird wohl kaum ein Fenster in Österreich über 25 Grad Celsius warm sein, d.h. es wäre dauerhaft milchig.

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UV- und Hitzeschutz 

Abgesehen davon blockiert das Fenster aus Holz UV-A-Strahlung zu fast 100 Prozent, wie die Forschenden betonen. Dabei handelt es sich um jene Strahlung, die beinahe ungefiltert auf die Erde gelangt. Ein weiterer Vorteil des Fensters ist, dass es im Vergleich zu einem aus Glas besser isoliert. 

„Mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,197 W m⁻¹ K⁻¹ ist unser neuartiger Biokomposit fast fünfmal isolierender als herkömmliches Glas und verlangsamt den Wärmeverlust oder -gewinn in Gebäuden erheblich”, sagt Jin Kim, der an der Entwicklung der Holzfenster beteiligt war. Dadurch könne man auch die Energiekosten für die Heizung, Lüftung oder Klimatisierung “drastisch” senken. 

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Wie die Fenster aus Holz hergestellt wurden 

Holz ist ein nachwachsender Rohstoff und damit attraktiv für eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten. 3 Holzarten wurden für die Entwicklung der smarten Fenster genutzt: Balsa-, Linden- und Kiefernholz. 

Im ersten Schritt wurden die Hölzer bei 150 Grad Celsius in einem Ofen getrocknet und im Anschluss einer sogenannten Ligninmodifikationslösung 6 Stunden lang gekocht. Danach wurden die Hölzer mit Wasserstoff-Peroxiden behandelt. 

Dadurch wurde die Farbe des Holzes entfernt. Im Anschluss wurden die thermochrome Polymere (NOA 63) und Flüssigkristalle (8CB) in das Holz eingebettet und mittels UV-Licht ausgehärtet, wodurch das Holz seine besonderen Eigenschaften erhält.  

Verbesserte Gewächshäuser

Eines Tages könnten das entwickelte Material herkömmliche Glasfenster ersetzen. Es hält die Temperatur in Wohnungen stabiler und könnte klimaneutrale Häuser erschwinglicher machen. 

Nicht nur in Wohnungen könnten die smarten Fenster aus Holz praktisch sein. Beispielsweise könnten sie in Gewächshäusern verwendet werden, um Pflanzen vor dem Verbrennen zu schützen und so zur Ernährungssicherheit beitragen. 

Wearables zur Erkennung von Fieber

Die Forschenden sehen aber noch einen weiteren Anwendungsfall für das neu entwickelte Material. Es sei vielversprechend für die Entwicklung von Gesundheits-Wearables. 

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Vorstellbar sei ein flexibles Hautpflaster, das bei einer Körpertemperatur von über 38 Grad Celsius transparent wird. Dadurch wisse man sofort, ob eine Person Fieber hat, ohne dass es Batterien oder sonstige Elektronik braucht.