Kühlung von Städten mit innovativem Beton
Werkstoffe zur Kühlung durch Strahlung am Tag wurden als praktikables Mittel zur Bekämpfung einiger der schlimmsten Auswirkungen der globalen Erwärmung vorgeschlagen. Dies sind Werkstoffe, die Wärme effizient in den Weltraum abstrahlen, sodass eine Oberfläche auch bei Sonneneinstrahlung effektiv kühl bleibt. „Der einzige Werkstoff, der ausreichend eingesetzt wird, um hier einen merklichen Unterschied zu erreichen, ist Beton“, sagt der Projektkoordinator von MIRACLE(öffnet in neuem Fenster), Jorge Dolado vom nationalen Forschungsrat Spanien(öffnet in neuem Fenster) (CSIC). „Ziel im MIRACLE-Projekt war es daher, die Möglichkeit zu erforschen, Beton zur Kühlung durch Strahlung am Tag herzustellen, um eine skalierbare Möglichkeit zu finden, einige der Auswirkungen der globalen Erwärmung zu mindern.“
Werkstoffe zur Strahlungskühlung auf Betongrundlage
Das MIRACLE-Team wollte die Machbarkeit von Materialien zur Strahlungskühlung am Tag auf Betonbasis demonstrieren und bewerten. Es wollte auch die Auswirkungen auf die Umwelt prüfen. „Bevor ich mich der Zement- und Betonwissenschaft zuwandte, beschäftigte ich mich in Zusammenarbeit mit Prof. Miguel Beruete von der UPNA(öffnet in neuem Fenster) in Spanien mit Photonik“, erklärt Dolado. „Wir haben uns aus den Augen verloren, bis Miguel einen Vortrag an einem Institut in meiner Nähe hielt und wir beschlossen, gemeinsam zu erforschen, wie Photonik und Betonwissenschaft und Technologie zusammengeführt werden könnten. Das war der Ursprung des MIRACLE-Projekts.“ Für das Projekt wurde ein multidisziplinäres Konsortium zusammengestellt. Auch Fachkräfte aus den Bereich Zement- und Betontechnik von der TU Darmstadt(öffnet in neuem Fenster), dem Bauingenieurswesen von TECNALIA(öffnet in neuem Fenster), der 3D-Mikrostrukturierung von Microlight3D(öffnet in neuem Fenster), der Umweltprüfung von der KU Leuven(öffnet in neuem Fenster) und der Solarzellentechnologie von der PoliTO(öffnet in neuem Fenster) waren beteiligt. „Um den Konzeptnachweis zu erbringen, haben wir Simulationen und Experimente im Labor kombiniert“, berichtet Dolado. „Anschließend haben wir den Beton im Freien in realistischeren Szenarien getestet.“ Dazu gehörten das Dach des Instituts, an dem Dolado arbeitet, eine Ranch in der Wüste von Tabernas in Spanien (auf der zufällig viele Spaghettiwestern gedreht wurden) und ein Versuchsgebäude in Kubik, das TECNALIA gehört.
Kühlenergie und Strom einsparen
Das Projektteam zeigte, dass Beton, der sich bei Sonneneinstrahlung nicht erwärmt, realistisch ist. Selbst unter sehr strengen Bedingungen wie in der Wüste von Tabernas blieben die Temperaturen in den Mittagsstunden 2 °C unter der Umgebungstemperatur (30 °C bis 32 °C). Dolado kommentiert, dass die Temperatur von normalem Beton bei über 65 °C gelegen hätte. „Für Gebäude könnte dies große Energieeinsparungen bei der Kühlung bedeuten“, fügt Dolado hinzu. „Die Klimaanlage könnte in bestimmten Fällen abgeschafft werden.“ Nach Schätzungen aus dem Projekt könnte die Temperatur in Städten, die von einer Hitzewelle betroffen sind, um etwa 10 °C am Tag und 5 °C in der Nacht gesenkt werden, wenn die derzeitigen Dächer durch Dächer aus photonischem Beton ersetzen würden. Auch Bürgersteige könnten ein mögliches Ziel sein.
Die Auswirkungen der globalen Erwärmung abschwächen
Was die Skalierbarkeit angeht, so meint Dolado, dass der in MIRACLE entwickelte photonische Beton mit Rohstoffen hergestellt werden kann, die derzeit in der Zement- und Betonindustrie verarbeitet werden. Zwei Patente sind bereits erteilt worden, ein drittes steht noch aus. Die patentierten Technologien werden in einer Ausgründung namens PhotoKrete SL eingesetzt. „Die Herausforderung besteht nun darin, mit Interessengruppen zusammenzuarbeiten, die uns helfen können, die Technologie zu erweitern und die Produkte zu vermarkten“, sagt Dolado. „Einige große Unternehmen haben Interesse an der Technologie gezeigt.“ Das übergeordnete Ziel besteht laut Dolado darin, diesen photonischen Beton in den Städten einzusetzen. „Wir hoffen inständig, dass dies wesentlich dazu beitragen wird, die Auswirkungen der globalen Erwärmung abzuschwächen.“
