Austausch bewährter Verfahren zur Strahlungskühlung

König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie (KAUST)

Bild: Strahlungskühlgeräte bieten stromlose Kühlung, indem sie Wärme abstrahlen, die nicht von der Atmosphäre absorbiert wird, sondern aus der Erdatmosphäre in den Weltraum entweicht.mehr sehen

In einer Welt mit erhöhtem Hitzestress wäre eine CO2-freie Kühltechnologie, die keinen Strom verbraucht und stattdessen Wärme direkt in den Weltraum abgibt, ein bahnbrechender Fortschritt. Allerdings behindern mangelnde Standardisierung und mangelnde Transparenz diese vielversprechende Technologie, die sogenannte Strahlungskühlung. Best-Practice-Richtlinien[1], die von Qiaoqiang Gan, dem führenden KAUST-Forscher für Strahlungskühlung, skizziert wurden, könnten dazu beitragen, das Forschungsgebiet wieder auf den richtigen Weg zu bringen.

Strahlungskühlgeräte bieten eine stromlose Kühlung, indem sie Wärme in einem schmalen Wellenlängenbereich abstrahlen, der als atmosphärisches transparentes Fenster bezeichnet wird. Innerhalb dieses Fensters wird die Wärme nicht wieder von der Atmosphäre absorbiert, sondern entweicht in den Weltraum, der bei drei Grad über dem absoluten Nullpunkt als riesige Wärmesenke fungiert und die abgegebene Wärme problemlos aufnimmt. „Die Technologie ist besonders attraktiv, um den lokalen Kühlbedarf in Saudi-Arabien zu decken“, sagt Gan.

Viele Materialien zeigen nachts Strahlungskühlung. „Die größte Herausforderung besteht darin, bei direkter Sonneneinstrahlung eine Abkühlung auf unter die Umgebungstemperatur zu erreichen“, sagt Gan. „Man muss gleichzeitig den Heizeffekt der Sonnenabsorption minimieren und gleichzeitig die Wärmeemission im atmosphärischen Fenster maximieren.“ Trotz der Herausforderung wächst das Interesse an dieser nachhaltigen Kühltechnologie aufgrund ihres Potenzials, den Auswirkungen der globalen Erwärmung entgegenzuwirken, schnell.

Allerdings gibt es beim Testen und Melden neuer Strahlungskühlungsmaterialien zahlreiche potenzielle Fallstricke, stellt Gan fest. Da die Strahlungskühlung den Himmel als Wärmesenke nutzt, werden die meisten Experimente in der örtlichen Außenumgebung durchgeführt. „Aufgrund unkontrollierbarer Wetterbedingungen und unterschiedlicher Messeinstellungen wird es schwierig, die tatsächliche Kühlleistung verschiedener Technologien zu vergleichen und zu verstehen und so die besten Strategien unter den verschiedenen untersuchten Strahlungskühlungsdesigns zu identifizieren“, sagt Gan.

„Nachdem wir diese Themen mit einem leitenden Redakteur von Nature Sustainability besprochen hatten, wurden wir gebeten, einen Artikel zu schreiben, in dem standardisierte Kriterien und Charakterisierungsverfahren für die Bewertung der Strahlungskühlungsleistung vorgeschlagen werden“, fügt Gan hinzu. Sein Team entwickelte klare Empfehlungen für die Charakterisierung von Strahlungskühlungsmaterialien – und Verfahren zur Berechnung der Kühlung –, um die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit der Strahlungskühlungsforschung zu verbessern.

„Wir hoffen, dass dieser Rahmen zur Weiterentwicklung nachhaltiger und effizienter Kühllösungen beitragen wird“, sagt Gan. Angesichts der extremen Hitzewelle im Jahr 2022 und der rekordverdächtigen Temperaturen in zahlreichen Großstädten im ersten Halbjahr 2023 sei der Bedarf an stromfreien Kühllösungen wichtiger denn je, fügt er hinzu. „Durch die Nutzung der Strahlungskühlung, die möglicherweise keine oder sogar negative CO2-Emissionen verursacht, können wir diese globale Herausforderung effektiv angehen und den nationalen strategischen Plan Saudi-Arabiens der Vision 2030 unterstützen.“

Nachhaltigkeit in der Natur

10.1038/s41893-023-01170-0

Best Practices für Strahlungskühlung

3. Juli 2023

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