Stärker als Stahl, das neueste Hightech-Holz könnte Gebäude kühlen

• Eine neue Holzart reflektiert Sonnenlicht und strahlt überschüssige Wärme ab.
• Die mechanische Festigkeit dieses neuen Holzes pro Gewicht ist dreimal stärker als die von Stahl.
• Es könnte die Temperatur eines Gebäudes auf bis zu 10 °C senken, was die Kühlkosten um 60 % senkt.

In den Vereinigten Staaten machen Gebäude fast 70 % des Stromverbrauchs aus und verursachen eine jährliche Energierechnung von über 430 Milliarden US-Dollar. Allein auf Kühlung und Heizung entfallen 48 % dieses Energieverbrauchs.

Nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik ist das Kühlen anspruchsvoller als das Heizen. Bisher haben Wissenschaftler verschiedene Techniken zur Handhabung der Beton- und Stahlproduktion und verschiedene passive Kühlkonzepte entwickelt, um die Kühlkosten zu senken.

Jetzt haben Forscher der University of Maryland und der University of Colorado eine einzige Lösung entdeckt, die alles mit einem Holzmaterial zu bewältigen scheint, das Sonnenlicht reflektiert und überschüssige Wärme abstrahlt.

Das neue Holz herstellen

Die meisten Materialien absorbieren Wärme und geben sie als Photonen im nahen Infrarot (IR) ab. Diese Photonen werden dann von umgebenden Luftmolekülen absorbiert, wodurch der Bereich heiß wird. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler Lacke und Kunststofffolien entwickelt, die Wärme einfangen und bei längeren mittleren IR-Wellenlängen emittieren. In diesem Fall geben Photonen ihre Wärme in den Weltraum ab und da Luft diese Wellenlängen nicht absorbiert, bleibt die Umgebung kühl.

Anstatt Farbe oder Plastikfolie zu verwenden, versuchte das Forschungsteam, solche Verhaltensweisen in Holzmaterialien nachzuahmen. Holz besteht aus zwei Hauptelementen:

1. Cellulose, die lange strohähnliche Strukturen bildet
2. Lignin, das sich wie ein Klebstoff verhält, der die Strohhalme zusammenhält.

Referenz:ScienceMag | DOI:10.1126/science.aau9101 | University of Maryland

Lignin emittiert stark IR-Photonen, daher entschieden sich die Forscher, dieses Element aus dem Holz zu entfernen. Dazu tränkten sie das Holz in einer Lösung aus Wasserstoffperoxid. Dann komprimierten sie das chemisch behandelte Holz, was zur Bildung eines dichten wasserstoffbindenden Netzes führte.

Dies führte zu einem Material, das 8-mal stärker ist als natürliches Holz. Tatsächlich ist die mechanische Festigkeit dieses neuen Materials pro Gewicht mehr als dreimal so hoch wie die von Stahl. Der Kratztest hat gezeigt, dass das Holz nicht leicht beschädigt werden kann, während der Drucktest zeigte, dass es mehr Gewicht tragen kann als Naturholz.

Effizienz

Durch das Entfernen von Lignin wird das Holz weiß und reflektiert fast alle einfallenden Strahlen. Obwohl es die Wärme nicht so effizient abstrahlt wie Plastikfolien, könnte es wirklich einen großen Unterschied machen.

Neues Holzmuster | Kredit:UMD

Wenn es an der Außenseite eines Gebäudes befestigt wird, kann das Holz die Temperatur um bis zu 10 °C senken und die Kühlkosten um 60 % senken. Beeindruckender ist, dass die Nanotechnologie ausschließlich auf Holz basiert; es sind keine anderen Komponenten (wie Polymere) beteiligt.

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Das neue Holz ist jedoch brennbar und weit weniger haltbar als herkömmliche Dachmaterialien wie Asphaltschindeln. Darüber hinaus kann dies kostspielig sein und potenzielle Energieeinsparungen können die Kosten nicht ausgleichen.