Kühlende Farbe: Neues Ultraweiß könnte Klimaanlagen ersetzen

Energieverbrauch steigt durch globale Erderwärmung enorm – Forscher der Purdue University haben ein Ultraweiß entwickelt, das Gebäude kühlen kann.

In dem Bemühen, die globale Erwärmung einzudämmen, haben Ingenieure der Purdue University die bisher weißeste Farbe entwickelt. Mit dieser Ultraweiß-Farbe beschichtete Gebäuden könnten genug kühlen, um den Bedarf an Klimaanlagen zu reduzieren, sagen die Forscher. Werden Dachflächen damit gestrichen, könnten 1.000 Quadratmeter Farbe für zehn Kilowatt Kühlleistung sorgen. Gelingt die Kommerzialisierung wäre die Kühlfarbe aus den USA eine wichtige Technologie der Energiewende, weil sie mit Effizienz zur Reduktion des Stromverbrauchs beiträgt.

Angesichts des Klimawandels und hitzigerer Sommermonate in vielen Regionen weltweit wird das Kühlen von Gebäuden immer wichtiger. Allein in Indien ist die Nachfrage nach Klimaanlagen so gewaltig, dass der Staat eingegriffen hat, und Unternehmen großzügig unterstützt. Aber klassische Klimaanlagen brauchen viel Energie, der Stromverbrauch steigt.

Zwei Eigenschaften verleihen der Ultraweiß-Farbe ihre extreme Weiße. Zum einen enthält die Farbe eine sehr hohe Konzentration einer chemischen Verbindung namens Bariumsulfat, die auch verwendet wird, um Fotopapier und Kosmetika weiß zu machen.

Die zweite Besonderheit ist, dass die Bariumsulfat-Partikel in der Farbe alle unterschiedlich groß sind. Wie stark die einzelnen Partikel das Licht streuen, hängt von ihrer Größe ab, so dass eine größere Bandbreite an Partikelgrößen es der Farbe ermöglicht, mehr des Lichtspektrums der Sonne zu streuen.

Die Weiße der Farbe bedeutet auch, dass die Farbe die kühlste aller Zeiten ist. Mit Hilfe von Temperaturmessgeräten, so genannten Thermoelementen, konnten die Forscher im Freien zeigen, dass die Farbe Oberflächen nachts um 19 Grad Celsius kühler halten kann als die Umgebung. Bei starker Sonneneinstrahlung in den Mittagsstunden kühlt sie Oberflächen um 8 Grad Celsius unter der Umgebung ab.

Die Sonnenreflexion der Farbe ist so effektiv, dass sie sogar mitten im Winter funktionierte. Während eines Außentests mit einer Umgebungstemperatur von 43 Grad Celsius schaffte es die Farbe immer noch, die Temperatur der Probe um 18 Grad Celsius zu senken.

„Wenn Sie diese Farbe verwenden würden, um eine Dachfläche von etwa 1.000 Quadratmetern zu bedecken, schätzen wir, dass Sie eine Kühlleistung von 10 Kilowatt erhalten könnten. Das ist leistungsfähiger als die zentralen Klimaanlagen, die in den meisten Häusern verwendet werden“, sagte Xiulin Ruan, ein Professor für Maschinenbau an der Purdue University.

Die Forscher glauben, dass dieses Ultraweiß dem schwärzesten Schwarz, „Vantablack“, am nächsten kommt, das bis zu 99,9 Prozent des sichtbaren Lichts absorbiert. Die neue weißeste Farbe reflektiert bis zu 98,1 Prozent des Sonnenlichts – und sendet zugleich Infrarotwärme von einer Oberfläche weg.

„Wir haben uns verschiedene kommerzielle Produkte angesehen, im Grunde alles, was weiß ist“, sagt Xiangyu Li, ein Postdoc am Massachusetts Institute of Technology, der als Doktorand in Ruans Labor an diesem Projekt gearbeitet hat. „Wir fanden heraus, dass man mit Bariumsulfat theoretisch Dinge wirklich, wirklich reflektierend machen kann, was bedeutet, dass sie wirklich, wirklich ultraweiß sind.“

Handelsübliche weiße Farbe wird eher wärmer als kühler. Auf dem Markt befindliche Farben, die Wärme abweisen sollen, reflektieren nur 80-90 Prozent des Sonnenlichts und können Oberflächen nicht kühler machen als ihre Umgebung.

„Eine hohe Konzentration von Partikeln, die auch unterschiedlich groß sind, gibt unserer Ultraweiß-Farbe die breiteste spektrale Streuung, was zum höchsten Reflexionsgrad beiträgt“, sagt Joseph Peoples, ein Doktorand in Maschinenbau an der Purdue University.

Ruans Labor hatte über 100 verschiedene Materialien in Betracht gezogen, sie auf 10 eingegrenzt und etwa 50 verschiedene Formulierungen für jedes Material getestet. Ihre bisherige ultraweiße Farbe war eine Formulierung aus Kalziumkarbonat, einer erdverbundenen Verbindung, die häufig in Felsen und Muscheln vorkommt.

Ultraweiß-Farbe wird seit den 70er Jahren erforscht

Die weiße Farbe ist das Ergebnis von sechs Jahren Forschung, die auf Versuchen aufbaut, die bis in die 1970er Jahre zurückreichen, um Strahlungskühlungsfarbe als praktikable Alternative zu herkömmlichen Klimaanlagen zu entwickeln.

Die Forscher zeigten in ihrer Studie, dass ihre auf Bariumsulfat basierende Farbe wie handelsübliche Farbe potenziell den Bedingungen im Freien standhalten kann. Die Technik, die die Forscher zur Herstellung der Farbe verwendeten, ist auch mit dem kommerziellen Farbherstellungsprozess kompatibel.

Die Forschungsarbeit des Teams, die zeigt, wie die Farbe funktioniert, wird am Donnerstag (15. April) als Titelbild der Zeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.