Textination Newsline

Das neue Textil, das in den Bereichen Bekleidung, Bauwesen und Lebensmittellagerung eingesetzt werden kann, reduziert sowohl die Wärme der Sonne als auch die Abstrahlung von Gebäuden in der Nähe.

In diesem Jahr gab es bereits massive Hitzewellen rund um den Globus, wobei in Städten in Mexiko, Indien, Pakistan und Oman Temperaturen von 50 Grad Celsius oder mehr erreicht wurden.

Mit dem Anstieg der globalen Temperaturen und der Stadtbevölkerung haben sich die Städte der Welt zu „städtischen Hitze-Inseln“ entwickelt, in denen sich die Temperaturen durch die dichte Bebauung und die Wärmeabstrahlung von Bürgersteigen und Wolkenkratzern noch weiter erhöhen. Da bis 2050 voraussichtlich 68 Prozent aller Menschen in Städten leben werden, ist dies ein wachsendes, tödliches Problem.

In einem in der Zeitschrift Science veröffentlichten Artikel beschreiben Forscher der UChicago Pritzker School of Molecular Engineering (PME) ein neues, tragbares Gewebe, das Stadtbewohnern helfen kann, die schlimmsten Auswirkungen der durch den globalen Klimawandel verursachten massiven Hitze zu überleben, mit Anwendungsmöglichkeiten für Kleidung, Gebäude- und Autodesign sowie Nahrungsmittellagerung.

In Tests unter der Sonne Arizonas blieb das Material 2,3 Grad Celsius (4,1 Grad Fahrenheit) kühler als das für Ausdauersportarten im Freien verwendete Breitband-emittierende Gewebe und 8,9 Grad Celsius (16 Grad Fahrenheit) kühler als die kommerzielle Seide, die üblicherweise für Hemden, Kleider und andere Sommerkleidung verwendet wird.

Das Team hofft, dass dadurch die hitzebedingten Krankenhausaufenthalte und Todesfälle vermieden werden können, die allein in diesem Jahr in den Ballungszentren der Welt zu verzeichnen waren.

„Wir müssen die Kohlenstoffemissionen reduzieren und unsere Städte kohlenstoffneutral oder kohlenstoffnegativ machen“, sagte PME-Assistenzprofessor Po-Chun Hsu. „Aber in der Zwischenzeit spüren die Menschen die Auswirkungen dieser hohen Temperaturen“.

„Man muss die Umgebungsbedingungen berücksichtigen“
Bestehende kühlende Textilien für Outdoor-Sportarten reflektieren das Sonnenlicht in einem diffusen Muster, damit es die Zuschauer nicht blendet. Aber in einer städtischen Wärmeinsel ist die Sonne nur eine Wärmequelle. Während die Sonne von oben brennt, entsteht für die Stadtbewohnern durch die Wärmestrahlung von Gebäuden und Straßenbelägen von den Seiten und von unten eine glühende Hitze.

Das bedeutet, dass viele Materialien, die in Labortests gut abschneiden, den Stadtbewohnern in Arizona, Nevada, Kalifornien, Südostasien und China nicht helfen werden, wenn die für die nächsten Wochen vorhergesagten massiven Hitzewellen über sie hereinbrechen.

„Normalerweise konzentrieren sich die Menschen auf die Leistung oder das Materialdesign von kühlenden Textilien“, sagte der Ronghui Wu, Postdoktorand am PME. „Um ein Textil zu entwickeln, das das Potenzial hat, im echten Leben eingesetzt zu werden, muss man die Umgebungsbedingungen berücksichtigen.“

Ein einfaches Beispiel für die Berücksichtigung der Umgebung ist, dass Menschen stehen. Sie tragen Materia-lien, die so konzipiert sind, dass sie direktes Sonnenlicht reflektieren, aber nur ihre Hüte, Schulterbedeckungen und die Oberseiten ihrer Schuhe - etwa 3 Prozent ihrer Kleidung - sind diesem direkten Licht ausgesetzt. Die anderen 97 Prozent ihrer Kleidung werden durch die Wärmestrahlung aufgeheizt, die von den Seiten und von unten auf sie einwirkt und gegen die das breitbandige emittierende Gewebe nichts ausrichten kann.

Die Sonne und der Bürgersteig erzeugen unterschiedliche Temperaturen. Die Entwicklung eines Materials, das die Träger vor beidem schützt, war eine große technische Herausforderung für das Team.

„Sonnenlicht ist sichtbares Licht, Wärmestrahlung ist Infrarotstrahlung, sie haben also unterschiedliche Wellenlängen. Das bedeutet, dass man ein Material braucht, das zwei optische Eigenschaften gleichzeitig hat. Das ist eine große Herausforderung“, sagt Chenxi Sui, ein Doktorand am PME. „Man muss mit der Materialwissenschaft spielen, um das Material so zu entwickeln und abzustimmen, dass man verschiedene Resonanzen bei verschiedenen Wellenlängen erhält.“

Die Folgekosten des Komforts
Die Kühlung eines Hauses bedeutet allzu oft eine Erwärmung des Planeten, wobei die Kohlenstoffbelastung durch Klimaanlagen und Kühlsysteme zum Klimawandel beiträgt.

„Unsere Zivilisation verbraucht etwa 10 bis 15 Prozent der gesamten Energie, nur damit wir uns wohlfühlen, egal wo wir sind“, sagte Hsu.

Die Bedrohung durch Hitze ist jedoch nicht gleichmäßig verteilt. In den USA und Japan haben mehr als 90 Prozent der Haushalte eine Klimaanlage, in Indien und Teilen Afrikas sind es nur 5 Prozent.

Das neue Textil des PME-Teams, für das ein vorläufiges Patent erteilt wurde, kann dazu beitragen, ein passives Kühlsystem bereitzustellen, das den Bedarf an energie- und kostenintensiven Systemen ergänzen und reduzieren kann.

Die Anwendungen gehen weit über Kleidung hinaus.

Eine dickere Version des Gewebes, die durch eine unsichtbare Polyethylenschicht geschützt ist, könnte an den Seiten von Gebäuden oder Autos verwendet werden, um die Innentemperaturen zu senken und die Kosten und die Kohlenstoffbelastung durch Klimaanlagen zu verringern. Ebenso könnte das Material für den Transport und die Lagerung von Milch und anderen Lebensmitteln verwendet werden, die sonst in der Hitze verderben würden, wodurch die Auswirkungen ihrer Kühlung verringert würden.

„Man kann eine Menge Kühl-, Strom- und Energiekosten sparen, da es sich um einen passiven Prozess handelt“, so Sui.