Kühlen mit dem kalten Weltraum

Die Idee klingt nach Science-Fiction: Die Abstrahlung von Wärme ins All soll eine energieeffiziente Kühlung ermöglichen. Mehrere Gruppen arbeiten daran, das Konzept zur Realität zu machen.

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Von
  • Mike Orcutt

Die Idee klingt nach Science-Fiction: Die Abstrahlung von Wärme ins All soll eine energieeffiziente Kühlung ermöglichen. Mehrere Gruppen arbeiten daran, das Konzept zur Realität zu machen.

Klimaanlagen machen fast 15 Prozent des gesamten Energieverbrauchs von Gebäuden in den USA aus. Senken ließen sich die dadurch anfallenden Kosten laut dem Jungunternehmer Aaswath Raman, indem man Wärme schlicht ins Weltall schickt.

Raman ist Mitgründer eines neuen Unternehmens namens SkyCool Systems. Das Spin-off aus der Stanford University ist nur eine von mehreren Gruppen, die solche energieeffizienten Kühlverfahren kommerzialisieren wollen.

Die Idee basiert auf einem natürlichen Phänomen namens radiative Kühlung. Alle Objekte geben thermische Strahlung ab. Wenn dies in Richtung Himmel geschieht, wird ein Teil davon von der Atmosphäre absorbiert und reflektiert. Ein weiterer Teil, der in einem bestimmten Frequenzbereich liegt, entkommt in die Hochatmosphäre und den Weltraum, wo es deutlich kälter ist. Dies kann dazu führen, dass sich das abstrahlende Objekt unter die Temperatur seiner Umgebungsluft abkühlt.

Die Technologie von SkyCool soll sich dieses Phänomen zunutze machen und profitiert dabei von relativ neuen Fortschritten bei der Fähigkeit, Licht im Nanomaßstab zu manipulieren. Schon seit einiger Zeit wissen Ingenieure, dass sich radiative Kühlung für die nächtliche Kühlung von Gebäuden nutzen ließe. Tagsüber aber wirkt die Sonnenstrahlung diesem Effekt entgegen. Vor ein paar Jahren dann entdeckten Raman und ein Stanford-Kollege, dass radiative Kühlung trotzdem auch bei Tageslicht möglich gemacht werden könnte.

2014 veröffentlichten die Wissenschaftler einen Fachaufsatz darüber in Nature. Eine Vorrichtung, in der die optischen Eigenschaften von drei unterschiedlichen Materialien, angeordnet in Stapeln aus mehreren Schichten, zusammenkommen, ermöglicht demnach eine Kühlung auf fast 5 Grad Celsius unter die Umgebungstemperatur. Dies beweise, dass die „kalte Dunkelheit des Universums“ sich als erneuerbare Ressource nutzen lässt, und zwar „selbst während der heißesten Zeit des Tages“, wie die Forscher schrieben.

In den vergangenen zwei Jahren haben mehrere weitere Gruppen ähnliche Projekte begonnen. Drei Teams bekamen vor kurzem von der ARPA-E eine Finanzierung für die Entwicklung derartiger Technologien für Wärmekraftanlagen, die derzeit riesige Mengen Kühlwasser benötigen.

Laut Raman erkundet sein Unternehmen eine ganze Reihe von Anwendungsmöglichkeiten, in Gebäuden ebenso wie in vielen anderen Arten von Bauwerken „jenseits von dem, was wir als konventionelle Gebäude ansehen“. Ideen gibt es für Entwicklungsländer ebenso wie für Industrienationen.

Ein Beispiel für den allgemeinen Ansatz von SkyCool, erklärt Raman, ist die relativ neue Entwicklung und Kommerzialisierung von Techniken für das Aufbringen von optischen Beschichtungen, die Fenster energieeffizienter machen.

Außerdem, so Raman, habe sein Unternehmen gezeigt, dass seine Prototypen auch die Temperatur von Wasser deutlich verringern können. Dadurch solle es möglich sein, die Technologie „in eine große Bandbreite von Kühl- und Kältesystemen zu integrieren", die der Luft Wärme mit Hilfe von gekühltem Wasser entziehen. So werde es wahrscheinlich bei typischen Gebäuden in Nordamerika geschehen.

Srinivas Katipamula, der sich als Wissenschaftler am Pacific National Laboratory mit neuartigen Heiz- und Kühlsystemen beschäftigt, hat vor kurzem mit drei Kollegen seines Labors eine Modellstudie zu dem Thema veröffentlicht. Demnach könnte radiative Kühlung im Tageslicht den Energieverbrauch eines mittelgroßen Gebäudes um 30 bis 50 Prozent verringern. Allerdings ist noch nicht klar, wie viel die Technologie dafür kosten wird – also lässt sich laut Katipamula auch nicht sagen, ab wann sich die Investition dafür auszahlen würde.

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